빛을 기계적인 작업으로 바꾸는 놀라운 새 크리스탈

Jul 07, 2023

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이 혁신으로 인해 부피가 큰 배터리에 대한 필요성과 그에 따른 모든 열 관리가 필요 없게 되었습니다.

거의 모든 형태의 현대 소비자 기술은 배터리라고도 알려진 전기화학 에너지로 구동됩니다. 예를 들어, 리튬 이온 배터리는 화학 반응을 직류 에너지로 변환하는 동시에 몇 가지 부작용(주로 열)도 발생합니다. 하지만 장치에 전력을 공급하는 또 다른 방법, 예를 들어 레이저가 있다면 어떨까요?

이것이 바로 화학생물공학과와 CU-Boulder의 새로운 연구 이면에 있는 아이디어입니다. 이번 달 Nature Materials 저널에 발표된 새로운 연구에서 화학 및 전기 공학 교수 Ryan Hayward가 이끄는 팀은 작은 결정을 활용하고 빛을 기계 작업으로 직접 변환하는 방법을 탐구했습니다. 규모 면에서 이러한 혁신은 부피가 큰 배터리와 그에 따른 모든 열 관리의 필요성을 제거할 수 있습니다.

Hayward는 언론 성명에서 “우리는 중간자를 잘라내고 빛 에너지를 직접 기계적 변형으로 전환합니다.”라고 말했습니다.

이 광역학적 결정체는 작은 구멍이 있는 스펀지처럼 고분자 물질에 ​​내장되어 있습니다. 이 구멍에서 결정이 자라면서 빛에 노출되면 내구성과 에너지 생산 능력이 엄청나게 증가합니다. 이로 인해 재료가 물체를 구부리거나 들어 올리는 현상(Hayward가 설명하는 "변형")이 발생하며, 이는 올바른 조건에 배치되면 기계식 모터나 액추에이터를 모방할 수 있습니다.

그리고 이 빛으로 구동되는 "모터"는 놀라울 정도로 강력할 수 있습니다. 한 실험에서는 0.02mg의 결정 조각이 20mg의 나일론 공을 성공적으로 들어 올렸습니다. 엄청난 양은 아니지만, 그래도 결정 자체의 전체 질량의 10,000배에 달하는 무게입니다.

이는 결정질 고체에서 광화학 반응을 유도하려는 팀의 이전 연구에 비해 큰 개선입니다. 이러한 결정의 "높은 구조적 배열"로 인해 유연성이 제한되었기 때문에 빛에 노출되면 종종 깨졌습니다. 그러나 열가소성 고분자 수지에 싸인 미세 결정은 구부러질 가능성이 더 높습니다. 이는 더 많은 유연성을 허용했을 뿐만 아니라 재료가 적어도 100주기 동안 생존할 수 있었다고 연구는 보고합니다.

앞으로 이 기술은 배터리를 모바일 전원으로 대체할 수 있다는 아이디어를 누구든지 즐길 수 있도록 훨씬 더 효율적이어야 합니다. 그러나 이전 시도에 비해 새로운 소재의 향상된 성능은 확실히 흥미롭습니다.

Hayward는 “이러한 재료가 실제로 기존 액추에이터와 경쟁할 수 있으려면 효율성 측면에서 아직 갈 길이 멀다”고 말했습니다. "그러나 이번 연구는 올바른 방향으로 나아가는 중요한 단계이며 앞으로 몇 년 안에 그 목표에 도달할 수 있는 방법에 대한 로드맵을 제공합니다."

Darren은 포틀랜드에 거주하며 고양이를 키우고 있으며 공상 과학과 세상이 어떻게 돌아가는지에 관해 글을 쓰거나 편집하고 있습니다. 열심히 찾아보면 Gizmodo와 Paste에서 그의 이전 작품을 찾을 수 있습니다.

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