주행 중에 차량을 충전하는 타이어, 차량의 소음으로 구동되는 가로등, 건물이 자연스럽게 흔들리고 떨리면서 전기를 생산하는 고층 건물을 상상해 보세요.

이러한 에너지 혁신은 압축되거나 진동에 노출되면 전기를 생산하는 친환경 소재를 개발하고 있는 Rensselaer Polytechnic Institute의 연구원들 덕분에 가능했습니다.

에서최근 연구저널에 게재됨네이처커뮤니케이션즈, 팀은고분자 필름압착되거나 압력을 가할 때 전기를 생성하는 특수 칼코게나이드 페로브스카이트 화합물이 주입되어 있는데, 이 현상을 압전 효과라고 합니다.

현재 다른 압전 재료가 존재하지만 이 재료는 납을 함유하지 않은 몇 안 되는 고성능 재료 중 하나이므로 기계, 인프라 및 생체 의학 응용 분야에 사용하기에 탁월한 후보입니다.

"우리는 우리의 연구 결과와 그 잠재력이녹색 에너지"라고 연구 교신 저자이자 기계, 항공우주 및 원자력 공학과의 John A. Clark 및 Edward T. Crossan 교수인 Nikhil Koratkar 박사가 말했습니다.

"납은 독성이 있으며 재료와 장치에서 점점 더 제한되고 단계적으로 제거되고 있습니다. 우리의 목표는 납이 없고 자연에서 흔히 발견되는 원소를 사용하여 저렴하게 만들 수 있는 재료를 만드는 것이었습니다."

두께가 0.3mm에 불과한 에너지 수확 필름은 다양한 장치, 기계 및 구조물에 통합될 수 있다고 Koratkar는 설명했습니다.

"기본적으로 재료는기계적 에너지~ 안으로전력Koratkar는 가해지는 압력 부하가 크고 압력이 가해지는 표면적이 클수록 효과가 커진다고 말했습니다. "예를 들어 자동차가 고속도로 위를 주행할 때 고속도로 아래에서 전기를 생성하는 데 사용할 수 있습니다.또한 건축 자재에도 사용될 수 있어 건물이 진동할 때 전기를 생성할 수도 있습니다."

압전 효과는 구조적 대칭성이 부족한 재료에서 발생합니다.스트레스를 받고,압전 재료재료 내의 양이온과 음이온이 분리되는 방식으로 변형됩니다.이것 "쌍극자 모멘트,"는 과학적으로 알려진 바와 같이 활용되어 전류로 전환될 수 있습니다.

RPI 팀이 발견한 칼코게나이드 페로브스카이트 물질에서는 구조적 대칭이 응력 하에서 쉽게 깨져서 뚜렷한 압전 반응을 일으킬 수 있습니다.

바륨, 지르코늄 및 황을 포함하는 새로운 물질을 합성한 후, 연구원들은 걷기, 달리기, 박수, 손가락 두드리기 등 다양한 신체 움직임을 적용하여 전기를 생산하는 능력을 테스트했습니다.

연구원들은 이러한 실험 중에 이 물질이 RPI를 표시하는 LED의 보조 배터리에 충분한 양의 전기를 생성한다는 사실을 발견했습니다.

"이러한 테스트는 이 기술이 예를 들어 달리는 사람이나 자전거 타는 사람이 착용하는 장치에 유용할 수 있다는 것을 보여줍니다. 이 장치는 신발이나 헬멧에 불을 붙여 더 눈에 띄게 만듭니다. 그러나 이것은 우리가 원하는 대로 개념 증명일 뿐입니다.결국에는 이런 종류의 자료가 대규모로 구현되는 것을 보게 될 것입니다.에너지 생산"라고 Koratkar는 말했습니다.

앞으로 Koratkar의 연구실에서는 훨씬 더 강한 화합물을 찾기 위해 칼코게나이드 페로브스카이트 화합물 전체 계열을 탐구할 것입니다.압전 효과.인공지능과기계 학습Koratkar는 이러한 추구에 유용한 도구가 될 수 있다고 말했습니다.

RPI 공과대학 학장인 Shekhar Garde 박사는 "지속 가능한 에너지 생산은 우리 미래에 매우 중요합니다."라고 말했습니다."Koratkar 교수의 작업은 재료 발견에 대한 혁신적인 접근 방식이 어떻게 글로벌 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있는지 보여주는 훌륭한 예입니다."