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마찰 방지 기능을 갖는 장치 및 그 제조와 구동방법{Apparatus having friction preventing function and methods of manufacturing and operating the same}
본 발명의 일 실시예는 마찰과 관련된 장치에 관한 것으로써, 보다 자세하게는 마찰 방지 기능을 갖는 장치와 그 제조 및 구동방법에 관한 것이다.
굴러가거나 회전하거나 직선 운동을 하는 물체는 관련된 다른 물체와 접촉되고 그에 따라 두 물체 사이에 마찰이 발생된다. 이러한 마찰은 물체의 출발과 정지에 필요하기도 하지만, 운동중인 물체에 대해서는 운동의 계속을 방해하는 요인이 되기도 한다. 운동 중에 나타나는 마찰은 열을 발생시키고, 이러한 열은 운동하는 물체는 물론이고, 운동하는 물체와 관련된 다른 물체에도 좋지 않은 영향을 줄 수 있다. 따라서 마찰을 줄이기 위해 오일(oil)이나 그리스(grease)를 사용하는데, 오일이나 그리스는 자연 환경에 해로운 물질에 속한다. 또한 오일이나 그리스만으로는 마찰을 완전히 줄이기 어렵고, 오일이나 그리스는 사용시간이 경과함에 따라 성능도 떨어지므로, 시간에 따라 효율도 떨어지게 된다.
본 발명의 일 실시예는 전기적 방법을 이용한 마찰 방지 기능을 갖는 장치를 제공한다. 본 발명의 일 실시예는 이러한 장치의 제조방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예는 상기 장치의 구동방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 마찰 방지 기능을 갖는 장치는 제1 물체와, 상기 제1 물체와 떨어져 마주하는 제2 물체와, 상기 제1 및 제2 물체 중 하나의 표면에 구비된 차지된 나노 입자를 포함하고, 제1 및 제2 물체 사이에 전위차가 형성되어 있다. 상기 나노 입자는 양(+)으로 차지된 나노 입자이고, 상기 제1 및 제2 물체 중 전위가 낮은 물체에 부착되어 있다. 상기 나노 입자는 음(-)으로 차지된 나노 입자이고, 상기 제1 및 제2 물체 중 전위가 높은 물체에 부착되어 있다. 상기 나노 입자는 차지된 전하를 갖는 코어 및 상기 코어를 감싸는 쉘을 포함할 수 있다. 상기 나노 입자를 덮고, 상기 나노 입자들 사이를 채우는 물질막이 더 구비된다. 상기 제1 물체는 외주면을 갖고, 상기 제2 물체는 상기 외주면을 감싸는 구조일 수있다. 상기 제1 물체는 평판이고, 상기 제2 물체는 상기 평판 상에서 이동하는 운반체일 수있다. 상기 제1 물체는 레일이고, 상기 제2 물체는 상기 레일을 감싸는 구조일 수있다. 상기 제1 및 제2 물체는 서로 마주하는 부분에 도전층을 가질 수 있다. 상기 물질막은 페인트 또는 페이스트(paste)일 수 있다. 상기 제1 물체는 전도성 관이고, 상기 제2 물체는 상기 관 내를 이동하는 이동체일 수있다. 이때, 상기 관은 총신 또는 포신이고, 상기 제2 물체는 탄환 또는 포탄일 수 있다. 상기 나노 입자는 균일하게 분포하거나 이격된 복수의 영역에서만 균일하게 분포할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 마찰 방지 기능을 갖는 장치의 제조 방법은 제1 물체 상에 복수의 나노 입자를 부착하는 단계와, 상기 나노 입자를 사이에 두고 상기 제1 물체와 마주하는 위치에 제2 물체를 위치시키는 단계와, 상기 나노 입자를 차지하는 단계 및 상기 제1 및 제2 물체에 마찰 방지용 전위차를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 나노 입자를 차지하는 단계는 상기 제1 및 제2 물체 사이에 상기 마찰 방지용 전위차보다 큰 전위차를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 나노 입자를 부착하는 단계는 상기 나노 입자를 덮고, 상기 나노 입자들 사이를 채우는 물질막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 의한 마찰 방지 기능을 갖는 장치의 제조 방법은 나노 입자를 차지하는 단계와, 차지된 나노 입자를 제1 물체 상에 부착하는 단계와, 상기 나노 입자를 사이에 두고 상기 제1 물체와 마주하는 위치에 제2 물체를 위치시키는 단계 및 상기 제1 및 제2 물체에 마찰 방지용 전위차를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 나노 입자를 부착하는 단계는 상기 나노 입자를 덮고, 상기 나노 입자들 사이를 채우는 물질막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 의한 장치는 로터와 상기 로터를 감싸고, 상기 로터와 접촉 또는 비접촉되는 하우징을 포함하고, 상기 하우징과 로터 사이에 유전층이 구비되고, 상기 유전층은 서로 절연되고, 차지(charge)되는 복수의 하전입자를 포함한다. 이러한 장치에서, 상기 유전층은 상기 하우징의 내면에 구비되고, 상기 로터를 감쌀 수 있다. 상기 유전층은 상기 로터의 외주면을 덮도록 구비된다. 상기 유전층과 상기 하우징의 내면 사이에 절연층과 도전층이 순차적으로 적층될 수 있다. 상기 로터는 회전축과, 상기 회전축을 둘러싸는 순차적으로 적층된 절연층 및 도전층을 포함할 수 있다. 상기 도전층은 상기 절연층에 의해 2개로 분리될 수 있다. 이때, 상기 절연층은 상기 로터를 향하는 2개의 돌기를 포함할 수 있다. 상기 로터의 양단에 바퀴가 장착될 수 있다. 상술한 본 발명의 일 실시예에 의한 장치의 구동방법은 상기 유전층의 하전입자에 알짜 전하(net charge)를 형성하는 과정과, 상기 로터와 상기 하우징 사이에 전압을 인가하여 상기 유전층과 상기 하전입자에 분극전하를 발생시키는 과정과, 상기 전압을 조절하여 상기 로터와 상기 하우징의 접촉 또는 비접촉 상태를 제어하는 과정을 포함한다. 이러한 구동방법에서, 상기 알짜 전하를 형성하는 과정은 상기 로터와 상기 하우징 사이에 전압을 인가하는 과정을 포함할 수 있다. 상기 유전층과 상기 하전입자에 분극전하를 발생시키는 과정은, 상기 로터에 전압 VT를, 상기 로터를 둘러싸는 제1 및 제2 도전층 중 상기 제1 도전층에 전압 V1을, 상기 제2 도전층에 전압 V2를 각각 인가하는 과정을 포함할 수 있다. 이때, 상기 전압 VT, V1, V2는 VT>V1, VT>V2, V1=V2의 조건을 만족할 수 있다. 또한, 상기 전압 VT, V1, V2는 V1>VT>V2의 조건을 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 마찰 방지 기능을 갖는 장치는 오일이나 그리스를 사용하지 않고, 차지된 나노 입자를 사용하고, 마찰에 관여하는 두 물체에 직류 전압을 인가하는 전기적 방법을 이용하여 두 물체 사이에 마찰을 방지한다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 의한 마찰 방지 기능을 갖는 장치는 친환경적일 수 있다. 또한 단순히 직류 전압을 인가하여 마찰을 제어하므로, 장시간 동일한 성능을 유지할 수 있고, 에너지 효율 면에서 우수할 수 있다. 또한, 차량 등과 같은 운반 장치의 브레이크 시스템에 본 발명의 일 실시예에 의한 장치를 적용함으로써, 운반장치의 경량화와 브레이크 시스템의 단순화를 도모할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 마찰 방지 기능을 갖는 장치들에 적용된 기본원리를 설명하기 위한 모식도들이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 마찰 방지 기능을 갖는 장치들에 사용된 나노 입자의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 의한 마찰 방지 기능을 갖는 장치들을 나타낸 단면도들이다.
도 8은 도 6의 장치에서 나노 입자 대신 나노 물질막이 구비된 경우를 나타낸 단면도이다.
도 9는 도 8의 일부 영역을 확대한 단면도이다.
도 10은 도 4의 장치에서 나노 입자 대신 나노 물질막이 구비된 경우를 나타낸 단면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 마찰 방지 기능을 갖는 장치의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 의한 마찰 방지 기능을 갖는 장치에서 나노 입자가 복수 층으로 구비된 경우를 나타낸 단면도이다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 실시예에 의한 마찰 방지 기능을 갖는 장치의 제조방법을 단계별로 나타낸 단면도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 의한 마찰 방지 기능이 적용된 장치의 입체도이다.
도 16은 도 15를 16-16'방향으로 절개한 단면도이다.
도 17은 도 16의 일부 영역을 확대한 단면도이다.
도 18은 도 15의 장치에서 브레이크 작용이 나타날 때, 혹은 차량의 엔진이 멈추었을 때, 하우징과 로터의 상태를 나타낸 단면도이다.
도 19는 도 15의 장치에서 마찰방지 기능이 나타나도록 하는 전압인가 조건을 나타낸 단면도이다.
도 20은 도 15의 장치에서 브레이크 작용이 나타나게 하는 전압인가 조건을 나타낸 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의한 마찰 방지 기능을 갖는 장치 및 그 제조와 구동방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다. 도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예들에 의한 마찰 방지 기능을 갖는 장치에 적용된 기본원리를 설명하기 위한 모식도들이다. 도 1a 및 도 1b는 직류 전압(DC Voltage)이 인가되어 있는 평행한 평판(10, 12) 사이에서 양 전하를 갖는 점 입자(positively charged point particle)(14)의 초기 위치에 따른 점 입자(14)의 이동을 설명하기 위한 모식도이다. 여기서 점 입자(14)는 전자(electron)나 양전자(positron) 등과 같이 내부적으로 구조물을 갖지 않는 입자를 의미할 수 있다. 도 1에서 점 입자(14)는 양전자일 수 있다. 먼저, 도 1a를 참조하면, 제1 평판(10)과 제2 평판(12)은 마주하고 평행하며 주어진 거리(H1)로 이격되어 있다. 제1 및 제2 평판(10, 12)은 전도체(conductor)이다. 제1 및 제2 평판(10, 12)은 전원(16)에 연결되어 있다. 전원(16)은 직류 전원일 수 있다. 제1 평판(10)은 전원(16)의 양극(+)에 연결된다. 제2 평판(12)은 전원(16)의 음극에 연결된다. 제1 및 제2 평판(10, 12) 사이의 영역은 제1 및 제2 영역(B1, B2)으로 구분한다. 제1 및 제2 영역(B1, B2)의 경계(18)는 제1 평판(10)으로부터 제1 길이(L1)만큼 이격되어 있다. 제1 영역(B1)은 제1 평판(10)과 경계(18) 사이의 영역이 되고, 제2 영역(B2)는 경계(18)와 제2 평판(12) 사이의 영역이 된다. 경계(18)의 위치는 전원(16)의 크기 등에 따라 달라질 수도 있다. 경계(18)는 제2 평판(12)보다 제1 평판(10)에 가까이 위치할 수 있다. 도 1a에서 양의 전하를 갖는 점 입자(14)가 초기에 제2 영역(B2)에 위치할 경우, 점 입자(14)는 제1 평판(12)을 향해 이동되어 제1 평판(12)에 부착된다. 한편, 도 1b에 도시한 바와 같이, 점 입자(14)가 초기에 제1 영역(B1)에 위치한 다면, 점 입자(14)는 양 전하를 갖고 있음에도 불구하고, 제2 평판(10)을 향해 이동되어 제2 평판(10)에 부착된다. 그 이유는 점 입자(14)가 제1 영역(B1)에 위치할 경우, 제1 평판(10)에는 점 입자(14)의 존재에 따른 음의 유도 전하(negatively induced charge)가 나타나는데, 제1 영역(B1)에서는 전원(16) 인가에 따른 제1 및 제2 평판(10, 12) 사이의 전기장과 점 입자(14) 사이의 반발력보다 점 입자(14)와 상기 유도 전하 사이의 인력이 우세하기 때문이다. 반면, 제2 영역(B2)에서는 상기 전기장과 점 입자(14) 사이의 반발력이 점 입자(14)와 상기 유도 전하 사이의 인력보다 우세하다. 따라서 점 입자(14)가 제2 영역(B2)에 위치할 때는 도 1a에 도시한 바와 같이 제2 평판(12)으로 이동되어 제2 평판(12)에 부착된다. 점 입자(14)가 양 전하가 아니라 음 전하인 경우, 예컨대 전자인 경우, 점 입자(14)의 위치에 따른 이동은 점 입자(14)가 양 전하일 때와 반대가 된다. 도 1의 점 입자(14)가 내부 구조를 갖는 입자, 예컨대 나노 입자일 때, 나노 입자의 이동은 달라지는데, 도 2a 내지 도 2c는 제1 및 제2 평판(10, 12) 사이에 위치하고, 양전하로 차지된 나노 입자의 이동을 보여준다. 도 2a 내지 도 2c에서 제1 및 제2 평판(10, 12) 사이의 영역은 제1 내지 제3 영역(C1, C2, C3)으로 구분된다. 제1 영역(C1)과 제2 영역(C2)를 구분하는 제1 경계(20)는 제1 평판(10)으로부터 제1 길이(L11)만큼 이격되어 있다. 그리고 제2 영역(C2)과 제3 영역(C3)을 구분하는 제2 경계(22)는 제1 경계(20)와 제2 평판(12) 사이에 위치하고, 제1 경계(20)로부터 제2 길이(L22)만큼 이격되어 있다. 도 2a는 양으로 차지된 나노 입자(30)가 초기에 제3 영역(C3)에 위치할 때, 나노 입자(30)의 이동을 보여준다. 참조부호 E1은 전원(16)의 인가에 의해 제1 및 제2 평판(10, 12) 사이에 발생되는 전기장을 나타낸다. 또한 나노 입자(30)의 가운데 기입된 "+"는 인위적으로 차지된 전하로써, 예를 들면, 별도의 전압을 인가하여 차지한 전하를 나타낸다. 그리고 나노 입자(30)의 표면 아래에 분포된 양전하(+)와 음전하(-)는 전기장(E1)에 의해 유기된 것으로, 분극 상쇄 전하(depolarization charge)이다. 이러한 전하에 의해 나노 입자(30) 내에서 전기장(E1)은 상쇄될 수 있다. 상기 분극 상쇄 전하 중에서 양전하는 상대적으로 전압이 낮은 제2 평판(12)과 마주하는 나노 입자(30)의 표면에 분포하고, 음전하는 상대적으로 전압이 높은 제1 평판(10)과 마주하는 나노 입자(30)의 표면에 분포한다. 도 2a를 참조하면, 제3 영역(C3)에 위치한 나노 입자(30)는 제1 및 제2 평판(10, 12) 사이에 존재하는 전기장(E1)에 의해 제1 평판(12)으로 이동되어 제1 평판(12)에 부착된다. 양 전하가 차지된 나노 입자(30)가 제1 및 제2 평판(10, 12) 사이에 위치함에 따라 제1 및 제2 평판(10, 12)에는 나노 입자(30)에 차지된 전하에 의해 음 전하(-)가 유기된다. 나노입자(30)에 차지된 전하가 음전하인 경우, 제1 및 제2 평판(10, 12)에는 양전하가 유기된다. 다음, 도 2b에 도시한 바와 같이, 나노 입자(30)는 초기에 제2 영역(C2)에 위치할 수 있다. 제2 영역(C2)는 도 1a의 제1 영역(B1)에 해당하는 영역이다. 제2 영역(C2)에서는 나노입자(30)의 가운데 차지된 전하와 이 전하에 의해 제1 평판(10)에 유기된 음전하(-) 사이의 인력이 우세하다. 이 인력은 1/r 2 에 비례한다. "r"은 제1 평판(10)과 나노입자(30) 사이의 거리이다. 이러한 인력으로 인해서, 제2 영역(C2)에 위치한 나노 입자(30)는 전기장(E1) 내에 있지만, 제2 평판(12) 아니라 전기장(E1)과 반대방향으로 제1 평판(10)을 향해 이동한다. 나노 입자(30)가 도 2c에 도시한 바와 같이 제1 영역(C1)에 위치하게 되는 경우, 제1 평판(10)에 유기된 음전하(-)와 나노 입자(30)의 표면에 유기된 음전하(-) 사이의 반발력(이하, 제1 반발력)이 우세하게 된다. 상기 제1 반발력은 1/r 3 에 비례한다. 따라서 제1 영역(C1)에서 나노입자(30)와 제1 평판(10) 사이의 거리가 가까울수록 제1 반발력은 급격히 커지게 된다. 그러므로 나노입자(30)는 제1 평판(10)과 접촉되지 못하고, 제1 평판(10)으로부터 멀어지게 되고, 다시 제2 영역(C2)으로 이동하게 된다. 제2 영역(C2)에서는 상기 인력이 우세하므로, 나노 입자(30)는 다시 제3 영역(C3)으로 이동하게 된다. 결국, 나노 입자(30)는 제1 영역(C1)과 제2 영역(C2)을 왔다 갔다 진동하게 된다. 나노 입자(30)의 표면에 유기되는 전하는 전기장(E1)에 의한 것이고, 전기장(E1)의 세기는 제1 및 제2 평판(10, 12) 사이의 전위차에 비례하며, 상기 전위차는 전원(16)에서 비롯된다. 따라서 제1 및 제2 평판(10, 12)에 인가되는 직류 전압을 조절함으로써, 나노입자(30)와 제1 평판(10)의 접촉을 방지할 수 있고, 제어할 수 있다. 이러한 결과는 제1 및 제2 평판(10, 12) 사이에 단순히 직류 전압을 인가하는 것으로, 제1 및 제2 평판(10, 12) 사이의 접촉을 방지하거나 제어할 수 있음을 시사한다. 예컨대, 제2 평판(12)의 표면에 나노입자(30)를 부착시킨 상태에서 제1 및 제2 평판(10, 12) 사이의 이격 거리(H1)를 예를 들면, 제1 길이(L11)와 제2 길이(L22)의 합(L11+L22) 이하로 유지함으로써, 제1 및 제2 평판(10, 12) 사이에 마찰을 방지하면서 밀착 정도를 제어할 수 있다. 한편, 나노 입자(30)의 전하 분포를 유지하기 위해 나노 입자(30)는 절연물질로 코팅하여 사용된다. 코팅은 다양한 방식을 할 수 있다. 다음에는 상술한 원리를 적용한 본 발명의 실시예들에 의한 마찰 방지 기능을 갖는 장치를 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 마찰 방지 기능을 갖는 장치에 사용된 나노 입자(40)의 단면을 보여준다. 나노 입자(40)는 전도성의 코어(core)(40a)와 코어(40a) 전체를 감싸는 절연성의 쉘(shell)(40b)을 포함한다. 쉘(40b)은, 예를 들면 알루미늄 산화물 또는 실리콘 산화물일 수 있다. 쉘(40b)은 코어(40a)에 차지된 전하(가운데 "+")와 코어(40a) 표면에 나타나는 분극 상쇄 전하(+, -)를 보호하는 역할을 한다. 따라서 쉘(40b)의 두께는 이러한 역할에 적합한 두께로 설정될 수 있다. 쉘(40b)의 두께는 코어(40a) 둘레에서 일정할 수 있다. 코어(40a)는 도 2a-도 2c에서 설명한 나노입자(30)에 해당될 수 있다. 코어(40a)는, 예를 들면 나노 사이즈의 알루미늄(Al) 입자일 수 있다. 나노 입자(40)도 마찬가지이지만, 이하의 설명에서 "나노입자"는 직경이 수 나노미터에서 수백 나노미터인 입자를 의미한다. 이하의 도면과 설명에서 나노입자(40)는 도시의 편의 상 한 개의 원으로 도시한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 마찰 방지 기능을 갖는 장치(이하, 제1 장치)를 보여준다. 도 4를 참조하면, 상기 제1 장치는 중심에 주어진 직경을 갖는 축(44)을 포함한다. 그리고 축(44) 둘레를 감싸는 원통 구조물(42)을 포함한다. 원통 구조물(42)은 축(44)과 평행하다. 원통 구조물(42)은 실린더일 수 있다. 원통 구조물(42)과 축(44)은 전도체이고, 서로 이격되어 있다. 원통 구조물(42)과 축(44) 사이의 갭은 축(44) 둘레에서 일정할 수 있다. 상기 갭은 도 2a-도 2c에서 설명한 제1 길이(L11)와 제2 길이(L22)의 합(L11+L22)보다 작을 수 있다. 이러한 갭의 조건은 후술된 다른 장치에 대해서도 적용될 수 있다. 원통 구조물(42)은 축(44) 둘레를 회전하는 회전체일 수 있다. 반대로, 원통 구조물(42)은 고정되어 있고, 축(44)이 회전될 수도 있다. 원통 구조물(42)의 회전 중심은 축(44)의 중심과 일치할 수 있다. 원통 구조물(42)은 축(44)을 중심으로 회전하는 회전체일 수도 있으나, 축(44)을 따라 이동하는 물체일 수도 있다. 원통 구조물(42)과 축(44)의 재질은 일반 기계 장치에 사용되는 회전체과 그 축의 재질과 유사하거나 동일한 것일 수 있다. 축(44)과 원통 구조물(42) 사이에 복수의 나노 입자(40)가 구비되어 있다. 나노 입자(40)는 축(44)의 외주면에 균일하게 분포되어 있다. 축(44)은 전원(48)의 음극(단자)에 연결되고, 원통 구조물(42)은 전원(48)의 양극(단자)에 연결된다. 전원(48)은 직류 전압원일 수 있다. 각각의 나노 입자(40)에 대해 도 2a 내지 도 2c에서 설명한 원리가 적용된다. 따라서 상기 제1 장치에서 원통 구조물(42)과 축(44)은 접촉되지 않으므로, 원통 구조물(42)과 축(44) 사이에 마찰이 방지될 수 있다. 이와 같이 나노 입자(40)와 직류 전압 인가로 간단히 마찰을 방지할 수 있는 바, 마찰을 줄이기 위해 종래에 사용되는 오일이나 그리스(grease)를 사용할 필요가 없다. 이러한 점에서 상기 제1 장치는 친환경적인 장치가 될 수 있고, 후술될 다른 장치도 마찬가지일 수 있다. 또한, 마찰을 방지하는데 직접적으로 전류가 흐르지 않으므로, 높은 효율을 유지할 수 있고, 일반 배터리를 사용하더라도 장시간 사용할 수 있다. 한편, 도면으로 도시하지는 않았지만, 나노 입자(40)는 축(44)의 외주면이 아니라 원통 구조물(42)의 내주면에 균일하게 분포될 수도 있다. 나노 입자(40)가 원통 구조물(42)의 내주면에 분포된 경우, 전원(48)에 대한 원통 구조물(42)과 축(44)의 연결은 도 4와 반대가 된다. 또한 도 4에서 나노 입자(40)의 중심에 차지된 전하가 양전하가 아니라 음전하인 경우에도 전원(48)에 대한 원통 구조물(42)과 축(44)의 연결은 도 4와 반대가 된다. 다른 한편으로, 축(44)의 외주면 전체에 나노 입자(40)가 균일하게 분포되어 있으나, 도 5에 도시한 바와 같이 나노 입자(40)는 축(44)의 외주면의 일부 상에만 분포될 수도 있다. 도 5의 경우, 축(44)과 원통 구조물(42)에 인가되는 직류 전압은 도 4의 경우보다 높아질 수 있다. 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 마찰 방지 기능을 갖는 장치(이하, 제2 장치)를 보여준다. 도 6을 참조하면, 제2 장치는 고정된 제1 물체(50)와 제1 물체(50)을 따라 이동될 수 있는 제2 물체(52)를 포함한다. 제1 물체(50)와 제2 물체(52)는 이격되어 있고, 전도체이다. 제1 및 제2 물체(50, 52)는 각각 전체가 전도체일 수도 있으나, 그렇지 않을 수도 있다. 예컨대, 제1 및 제2 물체(50, 52)는 각각 마주하는 부분만 전도체일 수 있고 나머지 부분은 전도체가 아닐 수도 있다. 제1 물체(50)는 직선형 레일(rail)일 수 있다. 제1 물체(50)의 단면은 사각형일 수 있다. 제1 물체(50)의 단면은 사각형과 다를 수 있는데, 예를 들면 반원이나 삼각형일 수도 있다. 제2 물체(52)와 마주하는 제1 물체(50)의 표면에 복수의 나노 입자(40)가 부착되어 있다. 나노 입자(40)는 제1 물체(50)의 상기 표면의 전체에 균일하게 분포될 수 있다. 도면에서 나노 입자(40)는 서로 떨어져 있으나, 나노 입자(40)는 도 3에 도시한 바와 같이 절연성의 쉘(40b)을 포함하기 때문에, 서로 붙어 있어도 무방하다. 제2 물체(52)는 제1 물체(50)의 나노 입자(40)가 부착된 표면을 감싸는 형태로 구비되어 있다. 제2 물체(52)는 제1 물체(50) 위에서 움직이는 장치(예컨대, 차량 또는 열차)의 일부일 수 있다. 제2 물체(52)의 내면은 제1 물체(50)의 표면 형태에 부합되도록 변형될 수 있다. 제1 및 제2 물체(50, 52)는 직류 전압 전원(56)에 연결되어 있다. 전원(56)의 양극은 제2 물체(52)에 연결되고, 음극은 제1 물체(50)에 연결된다. 한편, 도면에 도시하지는 않았지만, 나노 입자(40)는 제1 물체(50)의 표면이 아니라 제2 물체(52)의 내면에 부착될 수도 있다. 이때, 전원(56)의 연결은 도 6과 반대가 된다. 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 마찰 방지 기능을 갖는 장치(이하, 제3 장치)를 보여준다. 도 7을 참조하면, 제3 장치는 하부 구조물(80)과 상부 구조물(82)과 나노 입자(40)를 포함한다. 하부 구조물(80)은 고정되어 있고, 소정의 길이를 갖는 평판일 수 있다. 하부 구조물(80)의 상부면은 평평할 수 있다. 나노 입자(40)는 하부 구조물(80)의 상부면에 부착되어 있다. 상부 구조물(82)은 하부 구조물(80) 위에서 이동되는 물체 또는 운반체일 수 있다. 도면에서 상부 구조물(82)을 평판으로 도시하였지만, 이는 도시의 편의를 위한 것이다. 따라서 상부 구조물(82)의 형태는 상부 구조물(82)의 사용 목적에 따라 다양한 형태가 될 수 있다. 하부 및 상부 구조물(80, 82)은 전도체일 수 있다. 하부 및 상구 구조물(80, 82) 전체가 전도체일 수도 있고, 마찰 방지에 필요한 부분만 전도체일 수도 있다. 예를 들면, 하부 구조물(80)의 경우, 상부면에만 도전층이 구비될 수 있고, 상부 구조물(82)의 경우, 밑면에만 도전층이 구비될 수 있다. 하부 및 상부 구조물(80, 82)에 직류 전압 전원(86)이 연결되어 있다. 하부 구조물(80)은 전원(86)의 음극단자에 연결되고, 상부 구조물(82)은 전원(86)의 양극 단자에 연결된다. 전원(86)이 연결된 상태에서 상부 구조물(82)은 비접촉상태로 유지된다. 곧, 상부 구조물(82)은 하부 구조물(80) 위에 뜬 상태가 된다. 이 상태에서 수평 방향으로 상부 구조물(82)에 힘을 가하면, 상부 구조물(82)은 하부 구조물(80)과 마찰없이 수평으로 쉽게 이동될 수 있다. 나노 입자(40)는 하부 구조물(80)에 구비되는 대신, 이동체인 상부 구조물(82)에 부착될 수도 있고, 이때 전원(86)에 대한 연결은 도 7과 반대가 된다. 도 4-도 7에 도시하지는 않았지만, 나노 입자(40)가 부착되는 표면에 부착층이 형성되고, 상기 부착층에 나노 입자(40)가 부착될 수 있다. 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 마찰 방지 기능을 갖는 장치(이하, 제4 장치)를 보여준다. 도 8을 참조하면, 제4 장치는 제1 물체(50) 표면에 나노 물질막(60)이 코팅된 것을 제외하고, 도 6에서 설명한 제2 장치와 동일할 수 있다. 도 9는 도 8의 나노 물질막(60)의 일부를 포함하는 부분(A1)을 확대하여 보여준다. 도 9를 참조하면, 나노 물질막(60)은 나노입자(40)와 나노입자(40)를 덮는 물질막(70)을 포함한다. 물질막(70)은 나노 입자(40)를 제1 물체(50)에 부착시켜 고정시키는 역할을 한다. 물질막(70)은 절연 물질일 수 있고, 그 표면은 평평할 수 있다. 이러한 물질막(70)은 페인트(paint) 또는 페이스트(paste)일 수 있다. 따라서 나노 물질막(60)은 복수의 나노 입자(40)를 페인트 또는 페이스트에 섞어 반죽한 다음, 제1 물체(52)의 표면에 코팅한 후, 건조하여 형성할 수 있다. 도 10은 도 4에서 나노 입자(40) 대신에 나노 물질막(60)이 축(44)의 외주면에 코팅된 경우를 보여준다. 도 5 및 도 7에 도시한 장치에서도 나노 입자(40) 대신 나노 물질막(60)이 구비될 수 있다. 나노 입자(40) 대신 나노 물질막(60)이 구비되는 경우에도 나노 물질막(60)은 원래의 표면 대신, 원래의 표면과 마주하는 다른 표면에 코팅될 수 있다. 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 의한 마찰 방지 기능을 갖는 장치(이하, 제5 장치)를 보여준다. 도 11을 참조하면, 제5 장치는 소정의 길이를 갖는 관(90)과 관(90)을 통해 방출 혹은 발사되는 이동체(92)를 포함한다. 관(90)은 금속 파이프일 수 있고, 내면에 도전층이 코팅된 비금속 파이프일 수도 있다. 또한 관(90)은 개인 화기의 총신일 수도 있고, 대포나 전차의 포신일 수도 있다. 관(90)이 총신 또는 포신인 경우, 이동체(92)는 탄환 또는 포탄과 같은 발사체일 수 있다. 직류 전원(96)이 관(90)과 이동체(92)에 연결되어 있다. 전원(96)의 양극단자는 관(90)에 연결되고, 음극단자는 이동체(92)에 연결된다. 이동체(92)가 발사체인 경우, 이동체(92)가 관(90) 밖으로 방출되면서 전원(96)과의 연결은 끊어진다. 나노 입자(40)는 관(90)의 내면에 부착될 수도 있고, 이때는 전원(96)의 연결은 반대로 된다. 나노 입자(40) 대신에 상술한 나노 물질막(60)이 구비될 수도 있다. 한편, 상술한 장치들에서 나노 입자(40)는 단일층으로 표면에 부착되었으나, 도 12에 도시한 바와 같이 나노 입자(40)는 복수 층으로 물체(100)의 표면에 부착될 수도 있다. 도 12에서 나노 입자는 2층인 경우를 예시하였으나, 2층으로만 제한되지 않는다. 다음에는 본 발명의 실시예에 의한 마찰 방지 기능을 갖는 장치들의 제조 방법을 설명한다. 도 13을 참조하면, 제1 물체(110)의 표면에 나노 입자(40)를 부착한다. 나노 입자(40)를 사이에 두고 제1 물체(110)와 마주하도록 제2 물체(120)를 위치시킨다. 다음, 제1 및 제2 물체(110, 120) 사이에 제1 전압(VH)을 인가한다. 제1 전압(VH)의 인가로 나노 입자(40)에서 전자가 방출되고, 나노 입자(40)의 순 전하는 양(+)이 된다. 이렇게 해서 나노 입자(40)는 양 전하로 차지된 상태(도 3의 코어(40a) 중심에 "+" 전하가 형성된 상태)가 된다. 상기 전자의 방출 정도는 제1 전압((VH)을 조절하여 조절할 수 있다. 다음, 도 14에 도시한 바와 같이 제1 및 제2 물체(110, 120) 사이에 제2 전압(VL)을 인가한다. 제2 전압(VL)은 마찰 방지를 위해 인가되는 전압으로써, 제2 전압(VL)에 의해 도 3의 코어(40a) 표면의 전하(+, -)가 유도된다. 제2 전압(VL)은 제1 전압(VH)보다 낮은 전압일 수 있다. 제2 전압(VL)이 인가되는 시점에서 혹은 그 전에 이미 제1 및 제2 물체(110, 120) 사이의 갭은 도 2a 내지 도 2c에 도시한 제1 길이(L11)와 제2 길이(L22)의 합(L11+L22) 이하로 유지될 수 있다. 한편, 상술한 바와 같이, 나노 입자(40)의 차지는 나노 입자(40)를 제1 물체(110) 상에 부착한 다음, 수행할 수도 있으나, 제1 물체(110) 상에 부착하기 전에 미리 차지할 수도 있다. 곧, 차지된 나노 입자(40)를 제1 물체(110) 상에 부착할 수 있다. 또한 나노 입자(40) 대신에, 도 8에서 설명한 나노 물질막(60)을 제1 물체(110) 상에 코팅할 수 있다. 나노 물질막(60)의 차지는 나노 입자(40)의 차지와 동일한 방식으로 수행할 수 있다. 도 15는 본 발명의 일 실시예에 의한 마찰 방지기능이 적용된 장치(이하, 제6 장치)의 입체도이다. 도 15를 참조하면, 제6 장치는 소정의 길이를 갖는 회전축(200)과 이를 감싸는 하우징(202)을 포함한다. 회전축(200)의 양끝에는 바퀴 홀더(204)가 존재한다. 바퀴 홀더(204)에 타이어 등과 같은 바퀴가 장착될 수 있다. 회전축(200)은 차량의 구동축들 중 하나일 수 있다. 하우징(202)은 회전축(200)의 대부분을 감싸고 있다. 하우징(202)은 차체(vehicle body)에 고정된다. 하우징(202) 위쪽에 차체가 위치한다. 회전축(200)과 하우징(202)은 브레이크 시스템을 포함한다. 상기 브레이크 시스템은 마찰 방지 기능이 응용된 것이다. 상기 브레이크 시스템에서 차량의 운행 중에는 마찰 방지 기능이 작용하여 회전축(200)과 하우징(202)의 접촉이 방지된다. 차량의 정차시나 차량의 운행 중 감속이 필요할 때, 마찰 방지 기능을 적절히 제어하여 하우징(202)과 회전축(200)은 접촉될 수 있다. 하우징(202)과 회전축(200)의 접촉은 브레이크 작용을 의미한다. 마찰 방지 기능과 브레이크 작용은 상기 브레이크 시스템에 인가되는 전압의 크기에 따라 강화될 수 있다. 상기 마찰 방지 기능을 적절히 제어한다는 것은 상기 브레이크 시스템에 인가되는 전압을 조절하는 것을 의미할 수 있다. 다음에는 도 16을 참조하여 하우징(202)의 구성과 브레이크 시스템에 대해 설명한다. 도 16은 도 15를 16-16'방향으로 절개한 단면을 보여주는데, 마찰 방지 기능이 나타나도록 전압이 인가된 상태에 있을 때, 곧 차량의 브레이크 동작이 나타나지 않을 때의 단면을 보여준다. 도 16을 참조하면, 회전축(200)은 순차적으로 적층된 제1 및 제2 층(210, 212)으로 둘러싸여 있다. 제1 및 제2 층(210, 212)은 회전축(200)과 함께 회전된다. 회전축(200)과 제1 및 제2 층(210, 212)을 통칭해서 로터(rotor)라 한다. 회전축(200)의 외주면은 제1 층(210)으로 덮여 있다. 제1 층(210)의 외주면은 제2 층(212)으로 덮여 있다. 제1 층(210)은 절연층이다. 제2 층(212)은 도전층이다. 제1 층(210)은, 예를 들면 고무(rubber)층, 실리콘 산화물층(예컨대, SiO 2 층), 알루미늄 산화물층(예컨대, Al 2 O 3 층)일 수 있다. 제1 층(210)은 제2 층(212)과 회전축(200)을 전기적으로 절연시키는 역할과 회전축(200)에 제2 층(212)을 고정시키는 역할을 한다. 제2 층(212)은, 예를 들면 자동차용 스틸(steel)(ie, 공업용 스틸(industrial steel)), 마모가 작은 도전체(conductor)(ie, 마모계수가 큰 도전체)일 수 있다. 하우징(202)은 상기 로터를 감싼다. 그러나 하우징(202)과 상기 로터 사이에 갭(gap)(220)이 존재한다. 곧, 하우징(202)과 상기 로터는 이격되어 있다. 따라서 차량이 마찰 방지 기능을 나타낼 때, 상기 로터는 하우징(202)과 마찰없이 회전될 수 있다. 갭(220)의 크기, 곧 하우징(220)과 상기 로터 사이의 이격거리는, 예를 들면 0.1mm ~ 5mm 정도일 수 있다. 도 16에서처럼 하우징(220)의 내면에 다른 물질층이 존재하는 경우, 상기 이격거리는 상기 로터와 상기 다른 물질층 사이의 거리가 된다. 하우징(202)에 상기 로터가 관통하는 통로(P1)가 형성되어 있다. 통로(P1)의 내면은 제3 층(218)으로 덮여 있다. 제3 층(218)은 절연층으로써, 예를 들면 고무층, 실리콘 산화물층(예컨대, SiO 2 층), 알루미늄 산화물층(예컨대, Al 2 O 3 층) 등일 수 있다. 제3 층(218)은 하우징(202)과 제4 및 제5 층(216a, 216b)을 전기적으로 절연시키는 역할과 제4 및 제5 층(216a, 216b)을 하우징(202)에 고정시키는 역할을 한다. 제3 층(218)은 제1 및 제2 돌기(218a, 218b)를 갖고 있다. 제1 및 제2 돌기(218a, 218b)는 제3 층(218)에서 통로(P1)의 중심을 향해 소정 길이로 돌출되어 있다. 제1 및 제2 돌기(218a, 218b)의 길이는 동일할 수 있다. 제1 및 제2 돌기(218a, 218b)의 끝은 갭(220)에 닿아 있다. 제1 및 제2 돌기(218a, 218b)는 상기 로터를 사이에 두고 마주할 수 있다. 제1 및 제2 돌기(218a, 218b)는 통로(P1)의 직경 상에 위치할 수 있다. 제3 층(218) 상에 제4 및 제5 층(216a, 216b)이 구비되어 있다. 곧, 제3 층(218)의 내면의 일부는 제4 층(216a)으로 덮이고, 나머지는 제5 층(216b)으로 덮인다. 제4 및 제5 층(216a, 216b)은 도전층으로써, 서로 동일한 물질일 수 있으나, 다를 수도 있다. 제3 층(218)의 내면의 일부는 제1 및 제2 돌기(218a, 218b)의 위쪽 부분일 수 있다. 제3 층(218)의 내면의 나머지는 제1 및 제2 돌기(218a, 218b)의 아래쪽 부분일 수 있다. 제1 및 제2 돌기(218a, 218b)로 인해 제4 층(216a)과 제5 층(216b)은 서로 물리적으로 분리된다. 부연하면, 제4 층(216a)과 제5 층(216b) 사이에 제1 및 제2 돌기(218a, 218b)가 존재하고, 제1 및 제2 돌기(218a, 218b)의 돌출길이는 제4 및 제5 층(216a, 216b)의 두께보다 길다. 제2 층(212)과 제4 및 제5 층(216a, 216b) 사이에 마찰 방지를 위한 혹은 브레이크 작용을 위한 전압이 인가된다. 이에 대해서는 후술된다. 제4 및 제5 층(216a, 216b) 상에 제6 층(214)이 구비되어 있다. 달리 말하면, 제4 및 제5 층(216a, 216b)의 내면은 제6 층(214)으로 덮여있다. 제6 층(214)은 하전될 수 있는 입자들을 포함한다. 이때, 입자들은 서로 절연되어 있다. 제6 층(214)은 상기 입자들을 포함하는 페인트 혹은 페이스트일 수 있다. 제6 층(214)은 차량의 동작에 따라 마찰 방지 역할을 할 수도 있고, 브레이크 작용을 할 수도 있다. 제6 층(214)은 제4 층(216a)의 내면을 덮는 부분과 제5 층(216b)의 내면을 덮는 부분으로 구분된다. 이 두 부분은 제1 및 제2 돌기(218a, 218b)에 의해 분리된다. 제6 층(214)은 제4 및 제5 층(216a, 216b)의 두께에 비해 얇을 수 있다. 제6 층(214)의 내면과 제2 층(212)의 외주면은 이격되어 있다. 제6 층(214)의 내면과 제2 층(212)의 외주면 사이의 이격된 거리가 하우징(202)과 상기 로터 사이의 갭(220)이 된다. 하우징(202)과 통로(P1) 내면에 순차적으로 적층된 층들(218, 216a, 216b, 214)을 통칭해서 하우징이라 할 수도 있다. 도 17은 도 16의 제2 층(212), 갭(220), 제4 층(216a) 및 제6 층(214)의 일부를 포함하는 영역(A11)을 확대한 단면도이다. 도 17을 참조하면, 제6 층(214)은 유전층(214a)과 입자들(214b)을 포함한다. 입자들(214b)은 유전층(214a) 내에 분포되고, 서로 접촉되지 않는다. 유전층(214a)은 차량의 엔진이 멈추거나 브레이크 작용시에 상기 로터와 접촉될 수 있다. 그러므로 유전층(214a)은 상기 로터와의 마찰에 따른 마모가 작은 물질층, 곧 마모계수가 큰 물질층일 수 있다. 유전층(214a)은 예를 들면 실리콘 산화막, 알루미늄 산화막 등일 수 있다. 유전층(214a)은 또한 CNx일 수도 있다. 입자들(214b)은 차지(charge)될 수 있고, 외부 전기장에 의해 분극될 수 있는 물질로써, 원자, 분자 또는 나노입자일 수도 있다. 예를 들면, 입자들(214b)은 Al, Au, Si 등일 수 있다. 또한, 입자들(214b)의 각각은 복수의 원자가 뭉쳐서 된 것, 복수의 분자가 뭉쳐서 된 것, 또는 복수의 나노입자가 뭉쳐서 된 것일 수도 있다. 또한, 입자들(214b) 각각은 도 3에 도시한 바와 같이 코어-쉘 구조를 갖는 것일 수도 있으며, 이 경우, 입자들(214b)은 유전층(214a) 내에서 접촉될 수도 있다. 도 18은 상기 제6 장치에서 브레이크 작용이 나타날 때, 혹은 차량의 엔진이 멈추었을 때, 하우징(202)과 로터의 상태를 보여준다. 도 18을 참조하면, 로터(300)는 제6 층(214)과 접촉된다. 이러한 접촉에 의해 로터(300)의 회전력이 약해지거나(감속) 회전이 멈출 수 있다. 브레이크 작용이 해제되거나 차량의 시동이 걸리면, 로터(300)는 제6 층(214)으로부터 떨어지고, 로터(300)와 제6 층(214)은 도 16에 도시한 바와 같이 비 접촉상태가 되며, 마찰이 방지된다. 로터(300)와 제6 층(214)의 접촉과 분리는 로터(300)와 하우징(202)의 제4 및 제5 층(216a, 216b)에 인가되는 전압 조건에 따라 결정될 수 있다. 이에 대해서는 도 19 및 도 20을 참조하여 설명한다. 도 19는 상기 제6 장치에 마찰방지 기능이 나타나도록 하는 전압인가 조건을 보여준다. 도 19에는 편의 상, 제6 장치에서 마찰방지 기능에 관여되는 부분만 도시한다. 도 19에서 참조번호 232로 표시된 부재는 도 16의 회전축(200)과 제1 층(210)을 대신하여 나타낸 것이다. 도 19를 참조하면, 제2 층(212)에 전압 VT가 인가되고, 제4 층(216a)에 전압 V1이 인가되며, 제5 층(216b)에는 전압 V2가 인가된다. 이때, 상기 전압들 사이의 관계는 VT>V1 = V2 일 수 있다. 이러한 전압인가 조건에서 제2 층(212)과 제4 층 및 제5 층(216a, 216b) 사이에 전기장(E)이 발생된다. 이 전기장(E)이 제6 층(214)을 통과하면서 제6 층(214) 내에는 이 전기장(E)을 상쇄시키기 위한 전기장을 발생시키는 분극전하(214a, 214b)가 나타난다. 이에 따라 제6 층(214)의 내면, 곧 제2 층(212)과 마주하는 면에 음전하(214b)가 분포한다. 그리고 제6 층(214)의 외주면, 곧 제4 및 제5 층(216a, 216b)의 내면과 접촉된 면에 양전하(214a)가 분포한다. 또한, 같은 이유로 제6 층(214)을 통과하는 전기장(E)에 의해 제6 층(214)에 포함된 입자들(230)의 표면에도 분극전하(230b, 230c)가 나타낸다. 입자들(230)에 나타나는 분극전하(230b, 230c) 중에서 음전하(230c)는 제6 층(214)의 내면에 가까운 곳에 나타나고, 양전하(230b)는 제6 층(214)의 외주면에 가까운 곳에 나타난다. 입자들(230)은 분극전하(230b, 230c)외에 별도의 전하(230a)를 갖고 있다. 이 전하(230a)는 알짜 전하(net charge)이다. 전하(230a)는 양전하이다. 전하(230a)는 전기장(E)를 발생시키기 위한 전압을 인가하기 전에 제2 층(212)과 제4 및 제5 층(216a, 216b) 사이에 별도의 전압을 인가하여 형성할 수 있다. 입자들(230)이 갖고 있는 전하(230a)에 의해 제2 층(212)의 표면에 유도전하(212a)가 나타난다. 유도전하(212a)는 음전하이다. 이러한 전하 분포에 따라 제2 층(212) 표면의 유도 전하(212a)와 제6 층(214) 내의 입자들(230)에 유도된 음전하(230c) 사이에 반발력이 나타난다. 이러한 반발력은 제2 층(212)과 제6 층(214) 사이의 갭(220)이 좁아질수록 커진다. 따라서 어느 한 방향에서 큰 힘을 받지 않는 한, 제2 층(212) 둘레의 갭(220)은 일정할 수 있다. 이와 같이, 상기 전압인가 조건에서는 제2 층(212)과 제6 층(214) 사이의 갭(220)이 유지되므로, 제2 층(212)과 제6 층(214) 사이의 마찰이 방지될 수 있다. 한편, 제6 층(214)은 제4 층 및 제5 층(216a, 216b)의 내면이 구비되지 않고, 상기한 로터의 표면, 곧 제2 층(212)의 표면을 덮도록 구비될 수 있다. 이 경우에 전압인가 조건은 VT<V1=V2 일 수 있으나, 전하(230a)가 음전하라면 전압인가 조건은 동일하게 VT>V1 = V2로 유지할 수 있다. 도 20은 상기 제6 장치에 브레이크 작용이 나타나게 하는 전압인가 조건을 보여준다. 도 20에는 편의 상, 제6 장치에서 브레이크 작용에 관여되는 부분만 도시한다. 도 20에서 참조번호 232로 표시된 부재는 도 16의 회전축(200)과 제1 층(210)을 대신하여 나타낸 것이다. 도 20을 참조하면, 제2 층(212)에 전압 VT가 인가된다. 제4 층(216a)에는 전압 V1이 인가되고, 제5 층(216b)에는 전압 V2가 인가된다. 전압 VT, V1 및 V2 사이의 관계는 V1>VT>V2를 만족한다. 이러한 전압인가에 의해 제4 층(216a)에서 제2 층(212)으로 향하는 제1 전기장(E11)이 나타나고, 제2 층(212)에서 제5 층(216b)으로 향하는 제2 전기장(E22)이 나타난다. 제1 전기장(E11)은 제6 층(214)을 통과한다. 이에 따라 제6 층(214)의 제4 층(216a)에 대응하는 부분에 제1 전기장(E11)을 상쇄시키는 전기장을 발생시키는 분극전하(214c, 214d)가 나타난다. 분극전하(214c, 214d) 중 음전하(214c)는 제6 층(214)의 제4 층(216a)의 내면과 접촉되는 표면에 분포한다. 그리고 양전하(214d)는 제4 층(216a)을 덮는 제6 층(214)의 내면에 분포한다. 제6 층(214)의 제4 층(216a)에 대응하는 부분에 분포된 입자(230)에도 제1 전기장(E11)에 의한 분극전하(230d, 230e)가 나타난다. 분극전하(230d, 203e) 중 음전하(230d)는 제4 층(216a)을 향하는 방향으로 나타나고, 양전하(230e)는 제2 층(212)을 향하는 방향으로 나타난다. 입자들(230)은 별도의 전하(230a)를 갖고 있다. 이 전하(230a)는 양전하이지만, 음전하일 수도 있다. 전하(230a)는 제1 전기장(E11)이 나타나는 전압을 인가하기 전에 제2 층(212)과 제4 층(216a) 사이에 소정의 전압을 인가하여 형성할 수 있다. 이러한 전압에 의해 입자들(230) 각각에서 전자가 방출될 수 있고, 그 결과 입자들(230) 각각은 알짜 전하로써 양전하를 가질 수 있다. 제2 층(212)과 제5 층(216b) 사이에 나타나는 제2 전기장(E)에 의해 제2 층(212)과 제5 층(216b) 사이에 구비된 제6 층(234)(이하, 제7 층)에 분극전하(234a, 234b)가 나타난다. 제7 층(234)은 제6 층(214)과 동일한 물질일 수 있으나, 다른 물질일 수도 있다. 제7 층(234)에 나타나는 분극전하(234a, 234b) 중에서 음전하(234a)는 제7 층(234)의 제2 층(212)과 마주하는 표면에 나타나고, 양전하(234b)는 제7 층(234)의 제5 층(216b)과 접촉하는 외주면에 나타난다. 제2 전기장(E22)에 의해 제7 층(234)에 분포된 입자들(240) 각각에도 분극전하(240b, 240c)가 나타난다. 분극전하(240b, 240c) 중에서 음전하(240b)는 제2 층(212)을 향하는 방향으로 나타나고, 양전하(240c)는 제5 층(216b)을 향하는 방향으로 나타난다. 입자들(240)은 분극전하(240b, 240c)외에 별도의 전하(240a)를 포함한다. 전하(240a)는 양전하일 수 있으나, 음전하일 수도 있다. 입자들(240) 각각에 포함된 전하(240a)은 제6 층(214)에 분포된 입자들(230)이 갖는 전하(230)를 형성하는 방법과 유사한 방법으로 형성할 수 있다. 곧, 제2 전기장(E22)을 발생시키는 전압이 인가되기 전에, 제2 층(212)과 제5 층(216b) 사이에 전압을 인가하여 형성할 수 있다. 제6 층(214)에 분포된 입자들(230)이 갖는 전하(230a)와 제7 층(234)에 분포된 입자들(240)이 갖는 전하(240a)에 의해 제2 층(212)의 표면에 음전하(212a)가 유도된다. 상술한 바와 같은, 제2 층(212)과 제6 및 제7 층(214, 234)에 나타나는 전하분포에 의해, 제2 층(212)과 제6 층(214) 사이에 인력이 작용하고, 제2 층(212)과 제7 층(234) 사이에는 척력이 작용한다. 이에 따라 제2 층(212)이 제6 층(214)으로 이동되거나 제6 층(214)이 제2 층(212)으로 이동되어 제2 층(212)과 제6 층(214) 사이의 갭(220)은 좁아지는 반면, 제2 층(212)과 제7 층(234) 사이의 갭은 넓어진다. 상기 전압인가 조건에서 전압의 크기를 조절함으로써, 제2 층(212)과 제6 층(214) 사이의 접촉 정도를 조절할 수 있다. 곧, 제2 층(212)과 제6 층(214) 사이의 마찰정도를 조절할 수 있다. 예를 들면, 제2 층(212)에 인가되는 전압 VT는 일정하게 유지하고, 제4 층(216a)에 인가되는 전압 V1을 조절함으로써, 제2 층(212)과 제6 층(214) 사이의 마찰 강약을 조절할 수 있다. 상기 전압인가 조건을 만족하면서 제2 층(212)에 인가되는 전압 VT와 제5 층(216a)에 인가되는 전압 V1을 동시에 조절할 수도 있고, 제2 층(212), 제4 층(216a) 및 제5 층(216b)에 인가되는 전압을 모두 제어할 수도 있다. 도 19 및 20에 도시한 바와 같이, 제2 층(212)과 제4 층(216a)과 제5 층(216b)에 인가되는 전압의 조건에 따라 상기 제6 장치에서 제2 층(212)과 제6 및 제7 층(214, 234)의 접촉(브레이크 작동)과 비접촉(브레이크 해제)이 결정될 수 있고, 접촉되는 경우에는 접촉의 정도를 조절할 수 있다. 그러므로 상기 로터와 그 둘레의 제6 및 제7 층(214, 234)과 제4 및 제5 층(216a, 216b)과 제3 층(218) 등은 브레이크 시스템을 구성할 수 있다. 다음은 상기 제6 장치의 구동방법을 설명한다. 도 19 및 도 20을 참조한다. 먼저, 도 19에 도시한 바와 같이, 제2 층(212)을 그 둘레와 비접촉 상태로 만들기 위한 동작, 곧 상기 제6 장치가 마찰방지 기능을 수행하도록 하기 위한 동작을 수행한다. 구체적으로, 제6 및 제7 층(214, 234)에 분포된 입자들(230, 240)에 알짜 전하(230a, 240a)가 나타나도록 하기 위해, 제2 층(212)과 제4 및 제5 층(216a, 216b) 사이에 제1 전압을 인가한다. 상기 제1 전압의 인가는 짧은 시간 동안 이루어질 수 있다. 상기 제1 전압은 제6 및 제7 층(214, 234)과 입자들(230, 240)에 분극전하가 나타나도록 하기 위해 인가하는 전압보다 클 수 있다. 상기 제1 전압을 인가하여 제6 및 제7 층(214, 234)에 분포된 입자들(230, 240)에 알짜 전하(230a, 240a)를 형성한 다음, 제2 층(212)에 전압 VT를 인가하고, 제4 및 제5 층(216a, 216b)에 각각 전압 V1, V2를 인가한다. 이때, 전압 VT, V1, V2사이의 관계는 상술한 바와 같이 VT>V1, VT>V2, V1=V2를 만족한다. 다음, 상기 로터에 대한 브레이크 동작을 수행하기 위해서는 인가되는 전압 VT, V1 및 V2가 V1>VT>V2의 조건을 만족하도록 조절한다. 이 조건을 만족하면서 V1, V2 및/또는 VT조절하여 브레이크 정도를 조절할 수 있다. 상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
10, 12:제1 및 제2 평판 14:점 입자
16, 48, 56, 86, 96:전원 20, 22:제1 및 제2 경계
30, 40:나노입자 40a:코어(core)
40b:쉘(shell) 42:원통 구조물
44:축 50, 110:제1 물체
52, 120:제2 물체 60:나노 물질막
80:하부 구조물 82:상부 구조물
90:관 92:이동체
100:물체 200:회전축
202:하우징 210, 212:제1 및 제2 층
214:제6 층 214a:유전층
214b:입자들 216a, 216b:제4 및 제5 층
218a, 218b:제1 및 제2 돌기 220:갭
230, 240:하전입자들 230a, 240a:(알짜) 전하(net charge)
230b, 230e, 234b, 240c:양전하
230c, 230d, 234a, 240b:음전하
232:회전축 및 제1 층을 대신하는 부재
234:제7 층 300:로터(rotor)
A1:나노 물질막의 일부를 포함하는 영역
A11:제2 층, 갭, 제4 층 및 제5 층의 일부를 포함하는 영역
B1, B2:제1 및 제2 영역 C1-C3:제1 내지 제3 영역
E, E1:전기장 E11, E22:제1 및 제2 전기장
P1:통로 H1:제1 및 제2 평판 사이의 간격
L11, L22:제1 및 제2 길이 |
