옷을 충전소로 바꿔줄 수 있는 실크실

건강을 모니터링하거나 달리는 동안 휴대전화를 충전하기 위해 전자 장치에 전원을 공급하는 스웨터를 상상해 보세요. 이 개발은 전기를 안정적으로 전도하고 섬유에 적합한 재료가 부족하기 때문에 어려움에 직면합니다. 이제 스웨덴의 찰머스 공과대학이 이끄는 연구 그룹은 전도성 플라스틱 재료로 코팅된 일반 실크 실을 제시하는데, 이는 섬유를 전기 발전기로 전환하는 데 유망한 특성을 보여줍니다.

열전 섬유는 예를 들어 우리 몸과 주변 공기 사이의 온도 차이를 전기적 전위로 변환합니다. 이 기술은 우리의 일상 생활과 사회에 큰 도움이 될 수 있습니다. 센서에 연결된 섬유는 배터리가 필요 없이 이러한 장치에 전원을 공급할 수 있습니다. 이러한 센서는 우리의 움직임을 모니터링하거나 심장 박동을 측정하는 데 사용할 수 있습니다.

직물은 몸에 밀착해서 착용해야 하므로, 직물에 사용되는 소재는 안전성과 유연성에 대한 높은 요구 사항을 충족해야 합니다. 연구자들이 테스트한 실크 실에는 전도성 폴리머로 된 코팅이 있습니다. 이는 화학 구조를 가진 플라스틱 소재로, 이 소재가 전기 전도성을 띠고 직물에 잘 적응합니다.

"우리가 사용하는 폴리머는 구부러지고 가벼우며 액체와 고체 형태로 사용하기 쉽습니다. 또한 무독성입니다." 찰머스 공과대학 화학 및 화학공학과 박사과정 학생이자 최근 발표된 연구의 첫 번째 저자인 마리아비토리아 크레이게로의 말입니다.

향상된 안정성 및 전도성

전기 전도성 실을 만드는 데 사용된 방법은 동일한 연구 프로젝트 내의 이전 연구에서 사용된 방법과 동일합니다. 이전에 실에는 공기와 접촉할 때 안정성을 유지하기 위해 금속이 들어 있었습니다. 그 이후로 유기(탄소 기반) 폴리머로만 실을 제조하는 기술이 발전했습니다. 현재 연구에서 연구자들은 향상된 전기 전도성과 안정성을 가진 새로운 유형의 실을 개발했습니다.

"최적의 실을 만드는 퍼즐의 빠진 조각을 찾았습니다. 최근에 발견된 폴리머 유형입니다. 공기와 접촉할 때 뛰어난 성능 안정성을 가지고 있는 동시에 전기를 전도하는 능력이 매우 뛰어납니다. 폴리머를 사용하면 전자 제품에 흔히 사용되는 희토류 금속이 필요하지 않습니다."라고 Mariavittoria Craighero는 말합니다.

새로운 실을 실제로 사용하는 방법을 보여주기 위해 연구자들은 두 개의 열전 발전기를 만들었습니다. 실을 꿰맨 단추와 실을 꿰맨 직물 조각입니다. 열전 직물을 뜨겁고 차가운 표면 사이에 놓았을 때 측정 장비에서 전압이 어떻게 증가하는지 관찰할 수 있었습니다. 효과는 온도 차이와 직물에 있는 전도성 물질의 양에 따라 달라졌습니다. 예를 들어, 더 큰 직물 조각은 섭씨 30도의 온도 차이에서 약 6밀리볼트를 보였습니다. 전압 변환기와 함께 사용하면 이론적으로 USB 커넥터를 통해 휴대용 전자 제품을 충전하는 데 사용할 수 있습니다. 연구자들은 또한 실의 성능이 최소 1년 동안 유지된다는 것을 보여줄 수 있었습니다. 또한 세탁기로 세탁할 수 있습니다.

"7번 세탁한 후에도 실은 전도성의 3분의 2를 유지했습니다. 이는 매우 좋은 결과이지만 상업적으로 흥미로워지기 전에 상당히 개선되어야 합니다."라고 Mariavittoria Craighero가 말했습니다.

이러한 섬유가 요구하는 기능을 충족할 수 있습니다

열전 패브릭과 버튼은 오늘날 실험실 환경 밖에서는 효율적으로 생산할 수 없습니다. 이 소재는 손으로 만들고 꿰매야 하는데, 시간이 많이 걸립니다. 시연된 패브릭에 꿰매는 데만 4일의 바느질 작업이 필요했습니다. 하지만 연구자들은 이 새로운 실이 큰 잠재력을 가지고 있으며 자동화된 프로세스를 개발하고 확장하는 것이 가능할 것이라고 봅니다.

"이제 우리는 이러한 섬유가 필요로 하는 기능과 특성을 충족할 수 있는 전도성 유기 재료를 생산할 수 있다는 것을 보여주었습니다. 이것은 중요한 진전입니다. 열전 섬유에는 환상적인 기회가 있으며 이 연구는 사회에 큰 도움이 될 수 있습니다." 찰머스 공과대학 화학 및 화학 공학과 교수이자 이 연구의 연구 책임자인 크리스티안 뮐러가 말했습니다.

연구 분야에 대해 더 알아보기

공액 폴리머를 사용한 유기 전자 제품에 대한 관심은 최근 몇 년 동안 크게 증가했습니다. 전도성 폴리머는 실리콘과 유사한 전기를 전도할 수 있는 화학 구조를 가지고 있으며, 동시에 플라스틱 재료의 물리적 특성을 가지고 있어 유연합니다. 전도성 폴리머에 대한 연구는 태양 전지, 사물 인터넷(IoT), 증강 현실(AR), 로봇 공학 및 다양한 유형의 휴대용 전자 제품과 같은 많은 분야에서 진행 중입니다. 현재 연구를 담당하는 연구 그룹 외에도 Chalmers University of Technology의 같은 부서에서 연구 분야에서 활동하는 두 개의 다른 연구 그룹이 있습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/10/241031124438.htm