새로운 에너지

달라스에 있는 텍사스 대학의 연구팀은 늘어나거나 꼬일 때 기계적 움직임을 전기로 바꾸는 나노튜브 원사를 발명했습니다. 2017년 사이언스(Science) 저널에 발표된 연구에서 처음 설명된 바와 같이, 원사는 인간의 머리카락보다 직경이 10,000배 더 작은 탄소로 이루어진 속이 빈 실린더인 탄소 나노튜브로 구성됩니다. 1월 26일 네이처 에너지(Nature Energy)에 발표된 연구에 따르면 트위스트론(twistron)이라고 불리는 이전 버전의 실은 탄력성이 뛰어나고 반복적으로 늘어나고 풀리거나 꼬였다 풀림으로써 전기를 생성할 수 있다고 보고되었습니다.

그 이후로 팀은 트위스트론 공정을 개선하여 이전 모델보다 더 효율적이고 더 많은 전기를 생산하는 섬유를 만들었습니다. 새로운 연구에서 연구자들은 섬유를 꼬는 지점까지 비틀지 않았습니다. 대신 그들은 전통적인 양모나 면사를 구성하는 방식과 유사하지만 꼬임이 다른 세 가닥의 방적 섬유를 서로 얽어 단일 실을 만들었습니다.

UT Dallas의 Alan G. MacDiarmid NanoTech Institute 소장이자 해당 연구의 교신 저자인 Ray Baughman 박사는 다음과 같이 설명합니다. '직물에 사용되는 합판사는 일반적으로 한 방향으로 꼬인 다음 서로 겹쳐지는 개별 가닥으로 만들어집니다. 최종 실을 만드는 반대 방향. 이 헤테로키랄 구조는 풀림에 대한 안정성을 제공합니다. 자연 과학 및 수학 대학의 화학 분야 Robert A. Welch 석좌교수인 Baughman은 다음과 같이 덧붙입니다. '반면, 우리의 최고 성능 탄소 나노튜브 합체 트위스트론은 비틀림과 합판의 같은 방향성을 가지고 있습니다. 이종 키랄 '바우만이 말했다.

모든 이미지는 텍사스 대학교 달라스 캠퍼스에서 제공

그만큼연구원 실험을 통해 새로운 원사는 인장(신축) 에너지 수확의 경우 17.4%, 비틀림(연신) 에너지 수확의 경우 22.4%의 에너지 변환 효율을 나타냄을 보여줍니다. 이는 7.6%의 피크 에너지 변환 효율을 달성했습니다. '이 트위스트론은 트위스트론이 아닌 재료 기반 기계 에너지 수확기에 대해 이전에 보고된 것보다 넓은 주파수 범위(2Hz~120Hz)에 걸쳐 수확기 무게당 더 높은 전력 출력을 갖습니다.'바우만이 말했다.

Baughman은 팀이 늘어나거나 꼬일 때 실의 측면 압축을 도입함으로써 합판 트위스트론의 성능을 향상시킬 수 있었다고 언급했습니다. 이 업데이트된 공정을 통해 실의 전기적 특성에 영향을 미치는 방식으로 플라이가 서로 접촉할 수 있습니다.

'우리의 재료는 매우 특이한 기능을 수행합니다.'바우만은 설명했다. '늘리면 밀도가 낮아지는 대신 밀도가 높아집니다. 이러한 치밀화는 탄소 나노튜브를 서로 더 가깝게 밀고 에너지 수확 능력에 기여합니다. 우리는 왜 그렇게 좋은 결과를 얻을 수 있는지 더 완전하게 이해하려고 노력하는 이론가와 실험가로 구성된 대규모 팀을 보유하고 있습니다.'

연구자들은 세 겹으로 실을 형성하면 최적의 성능을 제공한다는 사실을 발견했습니다. 몇 가지 테스트를 거친 후 그들은 새로운 원사가 인간의 움직임을 감지하고 수집하는 데 도움이 될 수 있음을 발견했습니다. 실용성을 보여주기 위해 팀은 CNT 원사를 면직물 패치에 꿰매어 사람의 팔꿈치에 감았습니다. 사람이 팔꿈치를 반복적으로 구부리면 전기 신호가 발생했습니다.

나노튜브는 인간의 머리카락보다 직경이 10,000배 더 작은 탄소로 이루어진 속이 빈 원통형입니다.

프로젝트 정보:

이름:새로운 탄소나노튜브 원사

연구원: 텍사스대학교 달라스 | @ut_dallas