새로운 최고

텍사스 대학교 달라스

구독함으로써 귀하는 언제든지 구독을 취소할 수 있는 이용 약관 및 정책에 동의하게 됩니다.

텍사스 대학교 달라스(UTD) 연구진과 동료들은 목요일에 발표된 보도 자료에 따르면 늘어나거나 꼬일 때 전기를 생성하는 "트위스트론(twistrons)"이라는 새롭고 향상된 유형의 첨단 기술 원사를 설계했다고 합니다.

새로운 혁신은 전통적인 양모나 면사와 매우 비슷하지만 기계적 움직임을 전기로 변환하는 능력만 가지고 있습니다. 이번 발견은 완전히 새로운 것은 아닙니다. 이는 2017년에 발표된 연구에서 UTD 연구자에 의해 처음 설명되었지만 이 새 버전은 훨씬 더 효율적으로 원본보다 개선되었습니다.

이러한 이전 버전의 트위스트론은 탄력성이 매우 높았으며 반복적으로 늘어나고 풀리거나 비틀었다가 풀림으로써 전기를 생성할 수 있었습니다.

그러나 새로운 연구에서 연구팀은 섬유를 코일링 지점까지 꼬는 것이 아니라, 대신에 방사된 탄소나노튜브 섬유의 개별 가닥 3개를 서로 얽어 하나의 실을 만드는 데 중점을 두었습니다.

Alan G. MacDiarmid NanoTech Institute 소장인 Ray Baughman 박사는 “섬유에 사용되는 합연사는 일반적으로 한 방향으로 꼬인 다음 반대 방향으로 함께 합쳐져 최종 실을 만드는 개별 가닥으로 만들어집니다.”라고 말했습니다. UT Dallas와 해당 연구의 교신저자.

"이 헤테로키랄 구조는 풀림에 대한 안정성을 제공합니다."

대조적으로, 우리의 최고 성능의 탄소 나노튜브 합체 트위스트론은 비틀림과 합판의 같은 방향성을 가지고 있습니다. 그들은 이종키랄보다는 동종키랄입니다."라고 자연 대학 화학 분야의 Robert A. Welch 석좌교수인 Baughman이 말했습니다. 과학과 수학.

텍사스 대학교 달라스

그런 다음 연구원들은 실험을 통해 새로운 원사를 테스트한 결과 인장(신축) 에너지 수확의 경우 17.4%, 비틀림(비틀림) 에너지 수확의 경우 22.4%의 에너지 변환 효율을 입증한 것으로 나타났습니다. 이는 구형 모델(7.6%)보다 훨씬 높은 수치이다.

Baughman은 "이 트위스트론은 트위스트론이 아닌 재료 기반 기계적 에너지 수확기에 대해 이전에 보고된 것보다 2Hz에서 120Hz 사이의 넓은 주파수 범위에 걸쳐 수확기 무게당 더 높은 출력을 갖는다"고 말했습니다.

Baughman은 그의 팀이 늘어나거나 꼬일 때 실의 측면 압축을 도입하여 합판 트위스트론의 성능을 강조할 수 있었다고 설명했습니다. 이 새로운 공정을 통해 실의 전기적 특성에 영향을 미치는 방식으로 플라이가 서로 접촉할 수 있습니다.

Baughman은 "우리의 재료는 매우 특이한 기능을 수행합니다."라고 말했습니다.

"늘리면 밀도가 낮아지는 대신 밀도가 높아집니다. 이러한 밀도는 탄소 나노튜브를 서로 더 가깝게 밀고 에너지 수확 능력에 기여합니다."

"우리는 왜 그렇게 좋은 결과를 얻을 수 있는지 더 완전히 이해하려고 노력하는 이론가와 실험가로 구성된 대규모 팀을 보유하고 있습니다."라고 그는 덧붙였습니다.

새로운 원사는 인간의 움직임을 감지하고 수집하는 데에도 사용될 수 있습니다. 한 실험에서 팀은 실을 면직물 패치에 꿰매어 사람의 팔꿈치에 감았습니다. 사람이 팔꿈치를 반복적으로 구부리면 전기 신호가 발생했습니다.

연구진은 현재 특허를 신청했습니다. 이 연구는 Nature Energy 저널에 게재되었습니다.

기계적 에너지를 수확하려면 개선된 방법이 필요합니다. 트위스트론(twistron)이라고 불리는 코일형 탄소나노튜브 원사는 전기화학적 정전용량의 신축성 변화를 이용해 기계적 에너지를 전기로 변환합니다. 실이 늘어나면 측면 포아송 비가 크게 발생하여 실의 신축성이 매우 높아져 수확에 도움이 됩니다. 여기서 우리는 코일 대신에 실의 에너지 변환 효율을 신장의 경우 7.6%에서 17.4%, 꼬임의 경우 22.4%로 증가시키는 합판 트위스트론을 보고합니다. 이는 실의 신장과 측면 변형에 의한 추가적인 수확 메커니즘에 기인합니다. 2~120Hz 사이의 수확을 위해 당사의 플라이 트위스트론은 비-트위스트론, 재료 기반 기계적 에너지 수확기에 대해 보고된 것보다 더 높은 중량 피크 전력 및 평균 전력을 갖습니다. 우리는 인간의 움직임을 감지하고 수확하기 위해 트위스트론을 직물에 꿰매고, 바다 파도 에너지를 수확하기 위해 바닷물에 배치하고 슈퍼커패시터를 충전하는 데 사용합니다.