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 미국과 한국의 연구진이 물에 있는 수은을 감지하는 나노물질을 기반으로 하는, 자기-출력형 감지기(nanomaterial-based, self-powered sensor)를 개발했다.
대부분의 환경 감지기들은 동력 공급원에 전선으로 연결될 필요가 있는데, 이는 부품과 노동 면에서 비쌀 수 있다. 또한 전지로부터의 오염의 가능성이 있다. 태양에너지는 보다 매력적이고 친환경적인 대안이자만, 날씨 조건과 하루 중 시간에 의존한다.
그 대신에 미국 아틀란타에 있는 조지아공대(Georgia Institute of Technology)의 Zhong Lin Wang과 동료들은 주변 환경에서 발생하는 운동들로부터 에너지를 수확하는 독립형 감지기를 만들었다. 그들은 산화아연 나노와이어(zinc oxide nanowires (ZnO NW))를 사용하여 에너지를 수확하는 나노발전기를 만들었다. 그 나노와이어들은 압전적인데, 이는 그것들이 움직일 때 전하를 누적하여, 환경친화적이라는 것을 의미한다.
그 연구진은 그 끝에 금 막 전극(gold film electrode)이 연결된 와이어들을 가진, 유연한 기질 위에 나노와이어들을 놓아서 그 장치를 만들었다. 그 나노와이어들이 운동의 결과로서 압력을 받게 될 때, 전자들은 그 전선을 따라서 금 전도체로 흘러간다. 연속적인 압박과 풀어줌과 함께, 전자들은 앞 뒤로 흐르게 되어, 전류를 생산했다. 그 출력은 축전기에 저장되어 정기적으로 오염물을 감지하기 위해서 그 감지기에 동력을 제공했다. 그 감지기들은 LED 지시기를 켜는 단일벽 탄소 나노튜브(nanotubes)로 만들어졌다. Wang은 물에서 그 장치를 시험하여 그 LED가 수은 이온의 존재 하에서 켜지는 것을 발견했는데, 수은 농도는 LED의 강도에 의해서 나타내어졌다.
‘가장 흥미로운 것은 우리가 독립적이고 지속적으로 작동할 수 있는 환경으로부터 수확되는 에너지에 의해서 구동되는 자기-출력형 시스템을 만들었다는 것이다.’고 Wang은 말했다. 미래에, Wang은 환경 감지 외의 다른 영역들에서 그 나노발전기를 응용하기를 바라고 있다. ‘무선 생물감지(biosensing), 감지기 네트워크, 개인용 전자장치, 그리고 심지어 국가 보안에서 잠재적인 응용이 가능하다.’고 그는 말했다. 그의 연구진은 또한 물에서의 진동과 공기 흐름, 또는 음파와 같이 다른 방식으로 환경으로부터 에너지를 수확하는 방식을 찾고 있다.
에너지를 위한 나노구조 물질의 합성과 응용을 연구하고 있는, 미국 리치몬드의 퍼시픽노스웨스트국립연구소(Pacific Northwest National Laboratory)의 Jun Liu는 그 장치에 감명을 받고, ‘그 연구는 실용적인 응용을 위해 큰 잠재성을 가진다. 몇몇 생명의학 응용과 외딴 지역에서의 감지는 매우 작은 장비를 위해 동력을 제공하는 것을 어렵게 한다. 완전히 기능하면서 독립적인 나노장치가 이들 응용을 편리하게 할 것이다.’라고 말했다.
[그림] 왼쪽: 금 막 전극(아래)를 가진 유연한 기질 위의 산화아연 나노와이어 (위), 오른쪽: 산화아연 나노와이어
[참고 원문]
Self-powered environmental sensor system driven by nanogenerators
Minbaek Lee, Joonho Bae, Joohyung Lee, Churl-Seung Lee, Seunghun Hong and Zhong Lin Wang, Energy Environ. Sci., 2011
DOI: 10.1039/c1ee01558c
출처 : http://www.rsc.org/chemistryworld/News/2011/June/24061102.asp |
