최근 중국과학원 화학연구소 과학연구팀의 최신 연구결과가 국제학술지 '사이언스(Science)'에 게재됐다. 그들이 개발한 특수 플라스틱 열전필름 소재는,인체와 외부 세계의 온도차를 통해 열에너지를 생성할 수 있으며, 핵심 지표는 유사 소재 부문에서 세계 기록을 세웠습니다.
이 플라스틱 열전 필름은 플라스틱의 유연성을 가지며 마음대로 구부릴 수 있습니다. 사용하면 한쪽은 인체에 가깝고 다른 쪽은 외부 세계와 접촉됩니다. 열전 변환을 완료하기 위해 양면 사이의 온도 차이에 의존하여 인체 열을 효율적으로 수집하고 전기를 생성합니다.
연구개발의 핵심 어려움은 재료의 전도성과 단열의 균형을 맞추기 어려운 산업적 문제를 해결하는 것입니다. 재료는 전기를 생성하기 위해 전자의 흐름을 보장하기 위해 전도성이 좋아야 하며, 양면 사이의 온도 차이를 유지하려면 우수한 단열성을 가져야 합니다. 이 두 가지 특성은 본질적으로 모순됩니다.
연구팀은 일반적인 탄소 기반 소재의 특성을 돌파구로 활용해 숯의 원자가 무질서하게 배열되어 있어 보온성은 좋으나 전기 전도성이 좋지 않다는 사실을 발견했다. 흑연은 원자가 규칙적으로 배열되어 있어 전기 전도성은 우수하지만 단열성이 약합니다. 이는 전기 전도성과 단열성을 동시에 달성하기 어려운 근본적인 이유이기도 합니다.
결국 연구팀은 불규칙한 다층 기공 구조를 설계해 문제를 해결했다. 구조는 다양한 크기와 모양의 구멍으로 가득 찬 스펀지와 유사합니다. 열과 접촉한 후에는 층별로 차단되어 손실되지 않습니다. 그러나 전자는 내부 "녹색 채널"에서 원활하게 이동할 수 있으므로 재료가 단열 및 전도성의 이중 코어 요구 사항을 완벽하게 충족할 수 있습니다.
착용 안전성 측면에서도 이 필름은 포괄적인 보호 디자인을 갖추고 있습니다. 장치의 외부 층은 절연 재료로 만들어졌으며 필름 내부는 전자의 방향성 전송을 달성할 수 있습니다.
테스트 데이터에 따르면 필름을 피부에 부착하거나 의복에 접촉해도 전류 누출이 없어 누출 및 단락 문제가 완전히 방지되는 것으로 나타났습니다. 내부 전도성 구조는 인체의 열을 전기 에너지로 변환하고 충전할 전자 장치로 방향을 전달하는 역할만 담당합니다.
발전 효율 측면에서 과학 연구팀은 스마트워치, 블루투스 헤드셋, 팔찌 등 소형 휴대용 기기를 지속적으로 최적화하고 충전할 예정이다. 미래에는 휴대폰에 지속적으로 전원을 공급할 수도 있습니다.