내부 와트

Aug 24, 2023

압전 효과는 특정 물질이 기계적 응력이나 변형에 반응하여 전하를 생성하고, 반대로 전기장에 노출되면 변형되는 능력을 나타내는 흥미로운 현상입니다. 이러한 독특한 행동은 이러한 물질 내의 원자 배열로 인해 발생하며, 이로 인해 결정 격자 구조에 비대칭이 발생합니다. 재료에 압력이나 변형이 가해지면 격자가 뒤틀려 재료 표면에 전하가 생성됩니다. 이 효과는 1880년 자크 퀴리(Jacques Curie)와 피에르 퀴리(Pierre Curie)에 의해 처음 발견되었으며 이후 다양한 분야에 걸쳐 다양하게 응용되었습니다.

이 기술의 응용 분야는 정밀 모션 제어용 액추에이터, 압력, 가속도 및 진동 측정용 센서는 물론 마이크 및 초음파 센서와 같은 음향 변환기 개발에 있습니다. 또한 압전 재료는 에너지 수확에 사용되어 기계적 진동을 휴대용 장치의 전기 에너지로 변환합니다. 이는 원격 위치 또는 웨어러블 기술의 저에너지 전자 장치에 전력을 공급하여 기존 전원에 대한 의존도를 줄일 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

압전 재료의 고유한 특성으로 인해 이를 사용하여 이식형 의료 장치에 전원을 공급하고 기존 배터리가 필요하지 않게 되는 데 대한 관심이 촉발되었습니다. 그러나 이러한 재료의 대부분은 단단하고 부서지기 쉬우며, 더 나쁜 것은 납이나 석영과 같은 독성 물질을 포함하는 경우가 많습니다. 아미노산은 생체적합성 대안으로 두드러지지만 강력한 압전 효과를 나타내기 위해서는 분자가 올바른 방향으로 정렬되어야 합니다. 동일한 방향으로 배향된 아미노산 필름을 생산하는 것은 현재까지 규모 면에서 너무 어려운 것으로 입증되었습니다.

홍콩과기대(Hong Kong University of Science and Technology) 연구원들이 개발한 새로운 기술을 통해 곧 생체 적합성 및 생분해성 의료 기기를 제조할 수 있게 될 것입니다. 그들은 그들의 방법이 넓은 표면적을 덮는 정렬된 방향의 자가 조립된 아미노산의 얇은 층을 생성할 수 있음을 입증했습니다. 이 얇은 필름은 근육 스트레칭, 호흡, 혈류 및 기타 신체 움직임을 통해 전기를 생성하는 데 활용할 수 있는 강력한 압전 효과를 나타냅니다. 미래에는 이 시트가 심장박동기, 바이오센서 및 기타 장치에 전력을 공급할 수 있습니다. 그리고 작업이 완료되면 안전하게 용해될 수 있습니다.

연구 과정에서 연구팀은 아미노산인 β-글리신이 매우 강한 압전 반응을 갖는다는 사실을 발견했습니다. 따라서 그들은 전기수력학적 스프레이 방법을 사용하는 생체 유기 필름 프린터로 이 아미노산의 나노결정질 필름을 제작했습니다. 분사하는 동안 나노 마이크로 액적의 형성을 돕기 위해 노즐 팁과 전도성 지지체 사이에 전기장이 적용됩니다. 나노 마이크로 물방울의 작은 크기로 인해 물은 매우 빠르게 증발합니다. 그리고 이는 결과적으로 생성된 생체분자 필름에서 β-글리신 분자를 일관된 방식으로 배향시키는 역할을 합니다.

이번 연구를 주도한 연구원 중 한 명은 “그들의 연구는 전체 β-글리신 필름에 걸쳐 균일하게 높은 압전 반응과 우수한 열 안정성을 보여주었습니다. β-글리신 나노결정질 필름의 우수한 출력 성능, 자연적 생체 적합성 및 생분해성은 이식형 바이오 센서, 생체 흡수성 전자 장치용 무선 충전 전원 공급 장치, 스마트 칩 및 기타 생체 의학 공학 목적과 같은 고성능 일시적 생물학적 전기 기계 응용 분야에 실용적인 의미를 갖습니다. .”

현재 팀은 필름을 천연 생물학적 조직만큼 유연하게 만들기 위해 방법을 계속해서 개선하고 있습니다. 그들은 또한 영화를 저비용으로 대량 생산할 수 있는 방법도 연구하고 있습니다. 이러한 목표가 달성된 후 그들은 이식형 의료 기기에 전력을 공급하는 신기술의 잠재력을 보여주기 위해 동물 모델에서 실험을 수행할 계획입니다.