연구진, 에너지 트위스트론 개선

달라스에 있는 텍사스 대학의 연구원들은 최근 탄소 나노튜브로 만들어지고 반복적인 스트레칭을 통해 전기를 생성하는 트위스트론(twistron)이라는 에너지 수확기를 개선했습니다. 트위스트론 원사를 장갑에 꿰매어 착용자가 미국 수화로 손으로 글자와 문구를 만드는 것만으로도 전기를 생산할 수 있었습니다. 이 기술은 센서에 전력을 공급하고, 파도에서 에너지를 수확하고, 신체 움직임을 통해 웨어러블에 전력을 공급하거나 미래 도시에 전력을 공급하는 데 잠재적으로 응용될 수 있습니다.

논문의 수석 저자인 Zhong Wang은 “출력 전압 프로파일을 기반으로 다양한 문자와 문구의 손가락 움직임을 쉽게 구별할 수 있으며 잠재적으로 이 장갑을 자체 구동 수화 번역기로 사용할 수 있습니다.”라고 설명합니다.

팀은 2017년에 처음으로 트위스트론 기술을 보고하여 원사 제조 공정을 개선했습니다. 이는 결국 원래 버전보다 스트레치 당 더 많은 전기를 생성할 수 있는 보다 효율적인 섬유로 이어졌습니다.

“휴머노이드 로봇이 있고 어떤 근육이 수축했는지, 그리고 근육이 올바르게 작동하는지 알고 싶다면 트위스트론 수확기의 매우 미세한 섬유를 통합하여 근육의 크기가 바뀔 때 트위스트론을 늘려 전기를 생성할 수 있습니다. ," 말했다. NanoTech Institute의 소장이자 화학 분야의 Robert A. Welch 석좌교수인 Ray Baughman 박사. "그 전기는 측정될 수 있으며, 이를 통해 근육의 크기가 얼마나 변했는지 알 수 있습니다."

트위스트론의 탄소 나노튜브는 트위스트 방사되어 매우 강하고 가벼운 실로 만들어졌습니다. 또한, 충분한 꼬임을 더해 실을 고무줄처럼 엮어 실을 극도로 탄력 있게 만들었다. "이 트위스트론의 기본 메커니즘은 트위스트론을 늘릴 때 개별 탄소 나노튜브 묶음이 서로 접촉하여 재료의 전자 밀도가 증가하여 전압 출력이 증가한다는 것입니다."라고 Wang은 말했습니다. "이러한 이해를 바탕으로 우리는 나노튜브 정렬(상호작용하는 표면적의 양)을 최적화하면 정전용량 변화를 극적으로 증가시키고 전압 출력을 극적으로 증가시킬 수 있다는 것을 발견했습니다."

또한 연구진은 제조 공정에 그래핀을 추가했습니다. Wang은 “우리는 숲이라고 불리는 수직으로 정렬된 나노튜브 배열에서 탄소 나노튜브 시트를 끌어당기는 것부터 시작합니다.”라고 말했습니다. “이 새로운 실험에서 우리는 한 단계를 추가했습니다. 우리는 그 시트에 그래핀을 증착한 다음 그것을 모두 꼬고 감아서 실로 만들었습니다. 이는 커패시턴스 변화와 결과 트위스트론에서 수확할 수 있는 전기량을 극적으로 향상시켰습니다.”

초당 30회 늘어나면 트위스트론은 최대 전력 1kg당 3.19kW를 생성합니다. 이는 0.1Hz ~ 600Hz 범위의 주파수에서 다른 기계적 에너지 수확기의 가장 높은 값에 비해 12배 증가한 수치입니다. 가장 최근의 트위스트론은 초기 트위스트론보다 변환 효율이 7.2배 향상되었습니다.