과학자들이 어린이들이 마시는 새 장난감을 사용 가능한 전기를 생산할 수 있는 도구로 변형시켰습니다. 언젠가는 발전기가 실내외의 다양한 소형 전자 장치에 전력을 공급할 수 있게 되었습니다. 첫째, 변형되지 않은 물새(일명 딥버드)는 어떻게 작동합니까? 진공 밀봉된 본체는 유리관으로 연결된 두 개의 유리 전구로 구성되어 있으며, 하나는 머리를 형성하고 다른 하나는 꼬리를 형성합니다. 머리의 구근 모양 부분에는 부리가 튀어나와 있으며 흡수성 천으로 덮여 있고 꼬리 구근은 노출되어 있습니다.
물새의 몸은 시소 모양의 지지대 역할을 하는 플라스틱 다리 세트에 장착되어 있으며 염화메틸렌이라는 휘발성 화학 물질로 채워져 있습니다. 이 중 일부는 액체 상태이고 다른 일부는 기체 상태입니다. 새의 부리가 액체에 잠길 수 있는 높이에 장난감 앞에 물 한 컵을 놓습니다.
사용자는 먼저 머리를 유리 안으로 밀어 넣어 천으로 덮은 물이 부리를 통해 물을 끌어들일 수 있도록 합니다. 일단 머리를 놓으면 물새의 몸은 꼬리에 있는 액체 염화메틸렌의 무게로 인해 다시 수직(수직) 방향으로 흔들리게 됩니다.
원단에서 물이 증발하면서 헤드 버블 내부에 냉각 효과가 생성됩니다. 이로 인해 헤드의 염화메틸렌 증기가 액체로 응축되어 테일 버블 섹션으로 아래쪽으로 흐릅니다. 이제 몸체 하부의 압력이 헤드의 압력보다 높기 때문에 액체 염화메틸렌이 튜브와 헤드로 다시 밀려 들어갑니다.
결과적으로 장난감의 균형 중심은 몸이 앞으로 기울어지는 위치로 이동하여 부리가 유리에 담그고 더 많은 물을 흡수합니다. 동시에 머리와 하체 사이에 투명한 채널이 열려 압력이 균등해집니다. 그런 다음 액체 염화메틸렌이 다시 아래로 흘러내려 공정이 다시 시작되고 계속해서 반복됩니다.
중국 남중국공과대학교(South China University of Technology)의 Wu Hao 교수가 이끄는 과학자 팀은 최근 장난감 측면 중 하나에 디스크 모양의 마찰전기 나노발전기 모듈 2개를 추가했습니다. 이러한 장치는 특정 물질이 서로 마찰할 때 대전되는 마찰전기 효과를 이용합니다. 이것이 바로 머리를 빗을 때 정전기가 발생하는 이유입니다. 따라서 전체 장치를 "Drinking Bird" 마찰 전기 수력 발전기(DB-THG)라고 합니다.
실내 온도 24°C(75°F) 및 상대 습도 20% ±5%의 실험실 테스트에서 장치는 단 100ml(3.4oz)의 물을 사용하여 50시간 동안 작동했습니다. 또한 계산기, 온도 센서 및 20개의 연결된 LCD 화면과 같은 장치에 전력을 공급하기에 충분한 최대 100V의 전압 출력을 달성합니다.
과학자들은 현재 기존의 개선된 장난감보다 훨씬 더 나은 성능을 발휘할 특별히 설계된 DB-THG의 후속 제품을 개발하고 있습니다.
"Waterbird 마찰 전기 수력 발전기는 주변 조건에서 소형 전자 장치에 전력을 공급하기 위해 쉽게 사용할 수 있는 연료원으로 물을 사용하는 독특한 방법을 제공합니다"라고 Wu는 말했습니다. "아직도 실제 결과를 보면 놀랍고 설렙니다."
이 연구에 관한 논문은 최근 Device 저널에 게재되었습니다. 아래 비디오에서 DB-THG의 LCD 전원 공급 장치가 작동하는 모습을 볼 수 있습니다.