과학자들은 몸의 움직임을 전기로 바꾸는 '직물'을 개발합니다.

과학자들은 몸의 움직임을 전기로 바꾸는 '직물'을 개발합니다. '패브릭'은 언젠가는 옷이나 웨어러블 전자 제품에 통합되어 이동 중에도 장치에 전원을 공급할 수 있습니다. 날짜: 2022년 6월 3일 원천: 난양공업대학교 요약: 과학자들은 몸의 움직임에서 발생하는 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 신축성 있고 방수가 되는 '직물'을 개발했습니다. 싱가포르 난양 공과 대학(NTU Singapore)의 과학자들은 신체 움직임에서 생성된 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 신축성 및 방수 '직물'을 개발했습니다. 직물의 중요한 구성 요소는 누르거나 짜낼 때 기계적 응력을 전기 에너지로 변환하는 폴리머입니다. 또한 신축성 있는 스판덱스를 기본 레이어로 사용하고 고무와 같은 소재를 통합하여 견고하고 유연하며 방수가 됩니다. 지난 4월 과학 저널 Advanced Materials 에 보고된 개념 증명 실험에서 NTU 싱가포르 팀은 3cm x 4cm 크기의 새 직물 조각을 두드리면 100개의 LED를 밝힐 수 있는 충분한 전기 에너지를 생성한다는 것을 보여주었습니다. 세탁, 접고, 구겨도 성능 저하가 발생하지 않았으며, 최대 5개월 동안 안정적인 전기 출력을 유지할 수 있어 스마트 텍스타일 및 웨어러블 전원으로의 활용 가능성을 보여주었다. 이번 연구를 주도한 재료과학자이자 NTU 부교수 이푸이 씨(Lee Pooi See)는 “움직임에서 에너지를 수확할 수 있는 직물이나 의복을 개발하려는 시도가 많이 있었지만, 이를 개발하는 것이 큰 도전이었다. 세탁 후에도 기능이 저하되지 않고 동시에 우수한 전기 출력을 유지합니다. 우리 연구에서 우리의 프로토타입이 세탁 및 구겨진 후에도 계속해서 잘 기능한다는 것을 입증했습니다. 우리는 그것이 티셔츠로 짜거나 통합될 수 있다고 생각합니다 신발 밑창은 신체의 가장 작은 움직임에서 에너지를 수집하고 전기를 모바일 장치에 연결합니다." 대체 에너지원 수확 NTU팀이 개발한 발전원단은 일상생활의 가장 작은 신체 움직임에서 발생하는 진동을 전기로 바꾸는 에너지 하베스팅 장치다. 프로토타입 직물은 두 가지 방식으로 전기를 생산합니다. 누르거나 찌그러뜨릴 때(압전), 피부나 고무 장갑과 같은 다른 재료와 접촉하거나 마찰할 때(마찰전기 효과)입니다. 프로토타입을 제작하기 위해 과학자들은 먼저 은과 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS)으로 구성된 '잉크'를 스크린 인쇄하여 신축성 전극을 만들었습니다. 그리고 방수. 그런 다음 이 신축성 있는 전극을 두 가지 주요 구성요소로 구성된 나노섬유 직물 조각에 부착합니다. 폴리(비닐리덴 플루오라이드)- 코 -헥사플루오로프로필렌 (PVDF-HPF), 이 폴리머는 압축, 구부리거나 늘어날 때 전하를 생성합니다. ; 및 태양 전지 및 LED 분야에서 유망한 재료인 무연 페로브스카이트. 연구팀의 일원인 NTU PhD 학생 Jiang Feng은 다음과 같이 설명했습니다. "PVDF-HPF에 페로브스카이트를 포함시키면 프로토타입의 전기 출력이 증가합니다. 우리 연구에서 우리는 보다 환경 친화적인 옵션으로 무연 페로브스카이트를 선택했습니다. 페로브스카이트는 자연적으로 잘 부서지기 때문에 이를 PVDF-HPF에 통합하면 페로브스카이트에 탁월한 기계적 내구성과 유연성을 제공합니다. PVDF-HPF는 또한 페로브스카이트에 대한 추가 보호 층 역할을 하여 기계적 특성과 안정성을 추가합니다." 그 결과 제곱미터당 2.34와트의 전기를 생성하는 프로토타입 패브릭이 탄생했습니다. 이는 LED 및 상업용 커패시터와 같은 소형 전자 장치에 전력을 공급하기에 충분합니다. 개념의 증거 프로토타입 직물이 어떻게 작동하는지 보여주기 위해 NTU 과학자들은 3cm x 4cm 크기의 직물 조각을 손으로 두드리면 100개의 LED를 켜거나 다양한 커패시터를 충전할 수 있는 방법을 보여주었습니다. 이 장치는 전기 에너지를 저장하고 장치에서 발견되는 장치입니다. 휴대폰처럼. 직물은 우수한 내구성과 안정성을 나타내어 세탁, 접기, 구겨짐 후에도 전기적 특성이 저하되지 않았습니다. 또한 최대 5개월 동안 지속적으로 안정적인 전기 출력을 생산했습니다. 과학자들은 그들의 직물이 팔, 다리, 손, 팔꿈치뿐만 아니라 신발 깔창에 부착함으로써 인간의 다양한 움직임으로부터 에너지를 이용할 수 있고 움직임에 영향을 미치지 않고 그렇게 할 수 있음을 보여주었습니다. 이 교수는 "배터리 용량이 향상되고 전력 수요가 감소했지만 웨어러블 기기의 전원은 여전히 배터리를 자주 교체해야 한다. 우리의 결과는 우리의 에너지 수확 프로토타입 패브릭이 인간의 진동 에너지를 활용하여 잠재적으로 배터리 수명을 연장하거나 배터리 수명을 연장할 수 있음을 보여준다"고 말했다. 우리가 아는 한, 이것은 안정적이고 신축성이 있고 통기성이 있고 방수가 되는 동시에 뛰어난 전기 출력 성능을 제공할 수 있는 최초의 하이브리드 페로브스카이트 기반 에너지 장치입니다." 이 패브릭 기반 에너지 수확 프로토타입은 환경에서 생성된 에너지를 소거할 수 있는 방법을 살펴보는 NTU 팀의 작업을 기반으로 합니다. 예를 들어, 팀은 최근 바람이나 빗방울이 필름에 떨어지는 에너지를 활용하기 위해 지붕이나 벽에 잠재적으로 장착할 수 있는 필름 유형을 개발했습니다. 팀은 이제 동일한 직물이 다른 형태의 에너지를 수확하기 위해 어떻게 적용될 수 있는지 살펴보고 있습니다.