나노기술 및 정책 정보

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스위스의 연방연구소(Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology)와 ETH Zurich 공동연구팀이 발광 태양열 집광기처럼 작동하고 직물에도 적용할 수 있는 재료를 개발하는 데 성공했음. 이것은 필요한 곳, 즉 일상적인 전자 제품의 사용에서 직접 에너지를 생산할 수 있는 수많은 가능성을 열어줌. 에너지에 대한 필요는 끝이 없으며 새로운 전자 기기의 공급이 증가함에 따라 계속해서 증가하고 있음. 또한 우리는 거의 항상 이동 중이므로 스마트 폰, 태블릿 및 노트북을 충전하기 위해 전원 공급 장치에 지속적으로 의존함. 미래에는 전원 소켓(적어도이 목적을 위해)이 쓸모없게 될 수 있음. 전기는 우리 옷에서 나오게 되는데, 섬유나 재킷, 티셔츠 등에 적용되는 새로운 폴리머를 통해 곧 태양열 집열기 및 이동식 에너지 ​​공급 장치로 기능할 수 있기 때문임.

간접광이나 주변광을 에너지 생성에 사용할 수 있는 재료는 이미 태양광 산업에서 사용되고 있음. 이러한 재료는 특수 발광 재료를 포함하며 '발광 태양열 집광기' 또는 줄여서 LSC라고 함. LSC의 발광 물질은 주변광을 확산시키고 그 에너지를 실제 태양전지로 전송한 다음 빛을 전기 에너지로 변환함. 그러나 LSC는 현재 딱딱한 구성 요소로만 사용할 수 있어 유연하지 않고 공기 및 수증기에 대해 투과성이 없기 때문에 직물에 사용하기에 적합하지 않음. Biomimetic Membranes and Textiles 연구소의 Luciano Boesel이 이끄는 학제 간 연구팀은 이러한 발광 재료 중 일부를 이러한 유연성과 공기 투과성을 정확하게 제공하는 폴리머에 통합하는 데 성공했음.

이 새로운 재료는 오랫동안 연구에서 알려져 왔으며 이미 실리콘-하이드로겔 콘택트 렌즈 형태로 시장에 나와있는 Amphiphilic Polymer Co-Networks (줄여서 APCN)를 기반으로 함. 폴리머의 특수한 특성 (공기 및 수증기에 대한 투과성, 유연성 및 안정성)은 인간의 눈에 유익하며 특수한 화학적 특성을 기반으로 함. 연구팀이 정확히 이 폴리머를 선택한 이유는 나노 스케일에서 두 개의 비혼화성 발광 물질을 통합하고 서로 상호 작용할 수 있다는 사실 때문임. 물론 이러한 물질이 통합될 수 있는 다른 폴리머도 있지만 이것은 응집으로 이어질 것이며 따라서 에너지 생산이 불가능할 것임.

연구팀은 젤 조직에 두 가지 다른 발광 재료를 추가하여 유연한 태양열 집광기로 전환했음. 대규모 (강성) 수집기에서와 마찬가지로 발광 재료는 기존의 광전지에서 가능한 것보다 훨씬 더 넓은 스펙트럼의 빛을 포착함. 새로운 태양열 집광기는 섬유가 부서지기 쉽고 땀의 형태로 수증기를 축적하거나 깨지기 쉬운 직물 섬유에 적용될 수 있음. 신체에 착용하는 태양열 집광기는 특히 휴대용 장치의 에너지 수요가 계속 증가함에 따라 엄청난 이점을 제공함.

본 연구 성과는 ‘Nano Energy’ (“Nano-domains assisted energy transfer in amphiphilic polymer conetworks for wearable luminescent solar concentrators”) 지에 게재됨