[공통] 포터블기기에 적용가능한 유연한 친환경 에너지 수집 기술
보통 많은 사람들은 작은 행동 하나하나가 에너지를 방출하고 있고, 그러한 에너지가 유용하게 재활용될 수 있다는 것을 인지하지 못한다. 하지만 근래에 이러한 에너지를 어떻게 습득하여 사용할지, 특히 모바일기기나 웨어러블기기와 같이 신체와 근접하여 사용되는 전자기기에 적용하기 위한 연구가 매우 활발하게 진행되고 있다.
인도의 Jadavpur University 연구팀과 독일의 Brandenburg University of Technology 연구팀은 DNA를 이용하여 인간의 작은 모션이나 터치와 같은 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 나노제너레이터를 개발하였다. 개발된 나노제너레이터는 생분해성이라는 특징을 갖는데, 유연하고(flexible) 생체에 무해한(bio-compatible) polyvinylidene fluorde(PVDF)에 에너지 수집 능력(energy-harvesting ability)을 높이기 위해 DNA를 첨가하였다. DNA가 첨가된 PVDF 필름의 상단과 하단에 전극을 증착하여 리드(lead)로 연결하고, 최종적으로 PDF로 봉지화(encapsulation)하면 완성된다. 이러한 재료들은 생체 무해하고 생분해성을 갖기 때문에 환경오염로부터 자유롭다.
PVDF는 반결정 중합체로서 크게 4가지 결정구조(α, β, γ, δ 상)를 가진다. 그 중 압전성능과 직결된 β 상에 특히 많은 관심이 쏠리고 있으며, β 상을 유도하거나 향상시키려는 연구가 활발히 수행되고 있다. DNA는 PVDF 의 β 상의 형성을 돕는다. DNA는 전기적 폴링(poling)방법 없이도 PVDF의 −CH2/–CF2 쌍극자 정렬을 유도하여 전기적으로 활성화된 β 상의 형성하여 피에조 전기를 생성한다.
이렇게 제작된 나노제너레이터는 일반적인 터치로 22개에서 55개의 녹색-청색 LED를 발광하는데 성공하였다. 이렇게 발생된 전기는 충전기에 충전하여 필요할 때 사용가능하다. 특히 휴대용 기기에 적용할 경우, 터치와 동시에 생산되는 전기가 배터리 수명을 증가시켜주는 역할을 수행하기 때문에 배터리 문제를 어느 정도 해결할 수 있는 기술로 사료된다.
본 연구는 DNA-Assisted β-phase Nucleation and Alignment of Molecular Dipoles in PVDF Film: A Realization of Self-Poled Bioinspired Flexible Polymer Nanogenerator for Portable Electronic Devices라는 제목으로 ACS Applied Materials & Interfaces에 출간되었다.
[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2015년 8월 18일]
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Flexible, biodegradable device can generate power from touch
Long-standing concerns about portable electronics include the devices' short battery life and their contribution to e-waste. One group of scientists is now working on a way to address both of these seeming unrelated issues at the same time. They report in the journal ACS Applied Materials & Interfaces the development of a biodegradable nanogenerator made with DNA that can harvest the energy from everyday motion and turn it into electrical power.
Many people may not realize it, but the movements we often take for granted -- such as walking and tapping on our keyboards -- release energy that largely dissipates, unused. Several years ago, scientists figured out how to capture some of that energy and convert it into electricity so we might one day use it to power our mobile gadgetry. Achieving this would not only untether us from wall outlets, but it would also reduce our demand on fossil-fuel-based power sources. The first prototypes of these nanogenerators are currently being developed in laboratories around the world. And now, one group of scientists wants to add another feature to this technology: biodegradability.
The researchers built a nanogenerator using a flexible, biocompatible polymer film made out of polyvinylidene fluoride, or PVDF. To improve the material's energy-harvesting ability, they added DNA, which has good electrical properties and is biocompatible and biodegradable. Their device was powered with gentle tapping, and it lit up 22 to 55 light-emitting diodes.
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