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장갑이나 신발이 웨어러블, 센서 또는 스마트워치에 전원을 공급하는 에너지원이라고 잠시 상상해 보십시오. 이것이 바로 마찰전기의 약속이며 새로운 TENG즉, 마찰전기 나노발전기. 풍력이나 광전지와 같은 재생 가능 에너지는 에너지 믹스에서 점점 더 중요해지고 있습니다. 그러나 아직 알려지지 않은 다른 에너지도 나름대로 기여할 수 있는데, 일부는 조력이나 파도 에너지와 같은 대규모 에너지와 마찰 전기와 같은 국내 환경의 다른 에너지입니다. 마찰 전기 효과는 우리가 정전기로 알고 있는 것 이상입니다. 차이점은 최신 연구가 그것을 활용하는 새로운 방법을 발견하고 있다는 것입니다. 섬유 섬유나 심지어 바닥에 통합되면 가장 예상치 못한 물체를 깨끗한 전기 공급원으로 바꿀 수 있습니다.
마찰 전기 효과의 응용
- IoT 장치와 연결된 마찰 전기 층이 있는 바닥
- 생체 신호를 측정하는 스마트 의류의 센서
- 운동 모니터링이 가능한 신발
- 산불 감지기로서의 자율 센서
- 촉각 센서
- 먼지 및 입자 센서
- LED 전원
마찰 전기 나노 발전기는 어떻게 작동합니까?
일반적으로 마찰 전기 효과는 한쪽이 다른 쪽에게 전자를 내주는 두 표면 사이의 마찰로 발생합니다. 빗으로 머리를 빗거나 스웨터를 벗을 때 종종 일어나는 일입니다. 2010년대 초반에 이론적으로 처음 제안된 마찰전기 나노발전기는 이 원리를 이용하여 소형 센서에 전력을 공급합니다. 기본 TENG에는 4개의 레이어가 포함되어 있습니다. 위쪽은 전자 방출을 담당하고, 가운데는 전자를 가두며, 아래쪽은 전자를 수집합니다. 차례로 세 개 모두 교류(AC)에서 직류(DC)로 변환되어야 하는 생성된 전류를 저장하는 배터리 역할을 하는 또 다른 레이어로 덮여 있습니다.
지질 또는 나일론과 같은 특정 재료는 TENG에서 전자 방출을 담당하는 층의 기능을 최적화하는 데 사용됩니다. 그러나 효율성을 결정하는 가장 큰 요인은 모양입니다. 즉, 큰 규모에서 거칠기가 마찰과 전자방출을 높이는 데 기여한다면 이 원리는 나노스케일로 전이된다. 최신 세대 TENG는 미세 구조를 사용하여 더 많은 전기를 생성합니다. 이러한 미세 부조가 접촉 표면을 기하급수적으로 증가시키기 때문입니다. 그 후, 마찰전기층의 릴리프는 음이온 기류에 노출되거나 전기적 용량을 더욱 증가시키는 플라즈마 처리와 같은 다양한 처리를 받습니다.
마찰은 마찰 전기 잠재력을 이용하는 유일한 방법이 아닙니다. 예를 들어 마찰 전기 멤브레인은 빗방울의 영향으로 전류를 생성할 수 있습니다.
센서의 마찰 전기
이러한 장치에서 생성된 전류는 매우 약하며 대부분 밀리와트 단위로 측정됩니다. 그러나 이 양의 에너지는 LED나 신발이나 티셔츠와 같은 스마트 의류에 통합된 장치에 전력을 공급하기에 충분합니다. 또한 마찰 전기 시스템은 다른 장치에 전력을 공급하기 위해 전기를 생성하는 데 반드시 사용될 필요는 없습니다. 마찰 또는 기계적 압력에 의해 활성화된다는 사실은 센서에 이상적인 후보입니다. 예를 들어, 인공 피부는 마찰 전기 층 덕분에 터치를 등록할 수 있습니다. 또한 비틀림이나 늘어남에 따라 전류를 생성하여 관절 움직임을 모니터링할 수 있습니다.
TENG는 복잡하게 설계된 장치이지만 무한한 응용 프로그램을 사용할 수 있습니다. 웨어러블에서 집, 숲 또는 바다와 같이 이질적인 상황에서 작동할 수 있는 자율 센서로의 통합.
원천: 자연, 기계 공학의 프론티어
이미지: 조지아 공대
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