압전 폴리머

Penn State 주도의 학제 간 연구원 팀은 강력한 압전 효과를 가진 폴리머를 개발하여 이전 반복보다 60% 더 효율적인 전력 생성을 달성했습니다.

압전 재료는 기계적 응력을 전기로 또는 그 반대로 변환하며 센서, 액추에이터 및 기타 여러 응용 분야에서 유용할 수 있습니다. 그러나 분자 사슬로 구성되고 일반적으로 플라스틱, 약물 등에 사용되는 물질인 고분자에 압전을 구현하는 것은 어려울 수 있다고 전기 공학과 석좌 교수인 Qiming Zhang이 말했습니다.

"역사적으로 폴리머의 전기기계적 결합은 매우 낮았습니다."라고 Zhang은 말했습니다. "폴리머의 상대적인 부드러움으로 인해 바이오 센싱, 소나, 인공 근육 등을 포함한 다양한 영역에서 소프트 센서 및 액추에이터에 대한 탁월한 후보이기 때문에 우리는 이것을 개선하기 시작했습니다."

재료를 만들기 위해 연구원들은 의도적으로 폴리머에 화학적 불순물을 도입했습니다. 도핑이라고 하는 이 프로세스를 통해 연구자는 재료의 특성을 조정하여 원하는 효과를 생성할 수 있습니다. 도펀트를 너무 적게 첨가하면 원하는 효과가 시작되는 것을 막을 수 있고, 너무 많이 첨가하면 재료의 기능을 방해하는 원치 않는 특성이 생길 수 있습니다.

도핑은 폴리머의 구조적 구성 요소 내에서 양전하와 음전하 사이의 간격을 왜곡합니다. 이 왜곡은 반대 전하를 분리하여 구성 요소가 외부 전하를 더 효율적으로 축적할 수 있도록 합니다. 이러한 축적은 폴리머가 변형될 때 폴리머의 전기 전달을 향상시킨다고 Zhang은 말했습니다.

도핑 효과를 높이고 분자 사슬의 정렬을 보장하기 위해 연구자들은 폴리머를 늘였습니다. Zhang에 따르면 이 정렬은 무작위로 정렬된 사슬을 가진 폴리머보다 전기기계적 반응을 더 많이 촉진합니다.

Zhang은 “폴리머의 발전 효율이 크게 향상되었습니다. "이 프로세스를 통해 우리는 70%의 효율성을 달성했습니다. 이는 이전의 10% 효율성에서 크게 개선된 것입니다."

딱딱한 세라믹 재료에서 더 흔히 볼 수 있는 이 강력한 전기기계적 성능은 유연한 폴리머에 대한 다양한 응용을 가능하게 할 수 있습니다.

폴리머는 물 및 인체 조직과 유사한 음파 내성을 나타내므로 의료 영상, 수중 수중 청음기 또는 압력 센서에 사용할 수 있습니다.

폴리머는 또한 세라믹보다 더 가볍고 구성 가능한 경향이 있으므로 이 폴리머는 이미징, 로봇 공학 등의 개선 사항을 탐색할 기회를 제공할 수 있다고 Zhang은 말했습니다.