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동향 기본정보
유연하고 고효율의 다중 모드 에너지 수확
동향 개요
| 기관명 | NDSL |
|---|---|
| 작성자 | KISTI 미리안 글로벌동향브리핑 |
| 작성일자 | 2018-05-18 00:00:00.000 |
| 내용 | 펜실베이니아 주립 재료 연구원에 따르면 유연한 폴리머에 포함된 압전 세라믹 폼은 표준 압전 합성물에 비해 기계 및 열 에너지를 수확할 수 있는 능력이 10 배 증가했다고 보고했다 (Energy and Environmental Science, 'Flexible three-dimensional interconnected piezoelectric ceramic foam based composites for highly efficient concurrent mechanical and thermal energy harvesting'). 연구팀은 건강 모니터링을 위해 모바일 전자 장치 또는 센서를 작동시키기 위해 소량의 에너지를 수집하는 방법을 모색하기 위해 일반적으로 경질 세라믹 나노 입자 또는 나노 와이어를 부드럽고 유연한 폴리머에 추가했다. 폴리머는 유연성을 제공하고 압전 나노 입자는 기계적 에너지를 전기 전압으로 변환시킨다. 그러나 이러한 물질은 기계적 부하 시 기계적 에너지가 폴리머의 대부분에 의해 흡수되기 때문에 상대적으로 비효율적인데, 매우 작은 에너지가 압전 나노 입자로 전달되기 때문이다. 세라믹을 추가하면 에너지 효율이 향상되지만 유연성이 떨어진다. 부드러운 폴리머의 단단한 도자기는 물 속에 있는 돌과 같다. 물의 표면에 압력을 가할 수는 있지만, 돌에는 힘이 거의 전달되지 않는다. 이를 변형력 전달 능력이라고 부른다. 거의 30 년 전에 압전 충전재의 연결성이 압전 효과의 효율성을 결정한다는 개념이 제시되었다. 기계적 에너지가 고분자 매트릭스로 소멸하는 대신 3D 재료를 통해 직접 전달되기 때문에 3 차원 소재는 0D 나노 입자, 1D 나노 와이어 또는 2D 필름으로 분류한 것보다 더 효율적이다. 수수께끼를 해결하는 비밀 재료는 저렴한 주택가 개선점에서 구입할 수 있는 저렴한 폴리 우레탄 거품 더스팅 (dusting) 시트이다. 시트 상의 작고 균일한 돌출부는 압전 세라믹의 미세 구조를 형성하기 위한 주형으로 작용한다. 연구팀은 용액에 현탁된 나노 입자의 형태로 폴리 우레탄 시트에 세라믹을 적용했다. 템플리트 (template)와 용액이 충분히 높은 온도로 가열되면 시트가 타서 용액이 균일한 구멍을 가진 견고한 3D 마이크로 거품으로 결정화된다. 그런 다음 폴리머로 세라믹 폼의 구멍을 채운다. 이 3D 합성물이 다른 모드에서 보다 높은 에너지 출력을 갖는다. 그것을 펴고, 구부릴 수 있고, 누를 수 있다. 동시에 온도 기울기가 최소한 몇도 정도가 되면 초전성 (pyroelectric ) 에너지 수확기로 사용할 수 있다. 연구팀은 이론적으로 나노 입자/나노 와이어 복합체의 압전 성능이 폴리머 매트릭스와 압전 세라믹의 강성의 큰 차이로 인해 극히 제한적이라는 것을 보여줄 수 있었지만 3D 복합 거품은 강성 (stiffness)에 의해 제한되지 않는다. 이것은 이 복합 소재의 근본적인 차이로, 이 새로운 3D 복합 소재의 혁신을 나타낸다. 광범위한 시뮬레이션을 통해 이러한 아이디어를 입증할 수 있다. 현재 연구팀은 현재의 납-지르코늄-티타네이트 (PZT) 세라믹에 비해 무연 및 환경 친화적인 대안을 연구하고 있다. |
| 출처 | |
| 원문URL | http://click.ndsl.kr/servlet/OpenAPIDetailView?keyValue=03553784&target=TREND&cn=GTB2018004021 |
| 첨부파일 |
추가정보
| 과학기술표준분류 | |
|---|---|
| ICT 기술분류 | |
| 주제어 (키워드) | 1. 압전,폴리우레탄,세라믹,에너지 수확,나노입자,나노와이어 2. piezoelectric,polyurethane,ceramic,energy harvesting,nanoparticle,nanowire |