마이크로파워

마이크로파워는 발전기와 가까운 곳에서 사용하기 위해 열이나 운동을 전기로 변환하기 위해 매우 작은 발전기와 주요 이동 장치 또는 장치를 사용하는 것을 설명한다.^[1] 발전기는 일반적으로 마이크로 전자 소자와 통합되며 "몇 와트 이하의 전력"^[2]을 생산한다. 이 장치들은 배터리보다 무게가 가볍고 작동 시간이 긴 휴대용 전자 장치의 전원 공급원의 가능성을 제공한다.

마이크로터빈 기술

모든 터빈 엔진의 구성 요소들, 즉 가스 압축기, 연소실, 터빈 로터는 집적 회로와 마찬가지로 식각 실리콘으로 제조된다. 이 기술은 마이크로파워 유닛과 동일한 중량의 배터리의 작동 시간 10배, 대형 유틸리티 가스 터빈과 유사한 효율을 보장한다. 매사추세츠 공과대학교의 연구원들은 지금까지 6개의 에칭되고 쌓인 실리콘 웨이퍼에서 그러한 마이크로 터빈을 위한 부품을 조작하는 데 성공했고, 그것들을 미국 쿼터 코인 크기의 기능하는 엔진으로 결합하는 것을 연구하고 있다.^[3]

조지아 공대의 연구원들은 실리콘 칩으로 만들어진 코일 위에 자석을 회전시키는 10mm 폭의 마이크로 발전기를 만들었다. 이 장치는 분당 10만 바퀴 회전하며, 휴대폰을 작동시키기에 충분한 1.1와트의 전력을 생산한다. 그들의 목표는 노트북 컴퓨터에 전력을 공급하기에 충분한 20~50와트를 생산하는 것이다.^[4]

리하이 대학의 과학자들은 메탄올, 디젤 또는 휘발유를 마이크로엔진이나 소형 연료전지를 위한 연료로 변환할 수 있는 실리콘 칩에 수소 발전기를 개발하고 있다.^[5]

산제프 무케르지 노스이스트대 화학과 교수는 야경 고글, 컴퓨터, 통신장비 등 휴대용 전자장비에 전력을 공급하기 위해 수소를 연소시키는 군 연료전지를 개발하고 있다. 그의 시스템에서는 메탄올 카트리지를 사용하여 수소를 생산해 최대 5,000시간 동안 작은 연료전지를 작동시킬 수 있다. 동일한 출력을 제공하는 데 필요한 충전용 배터리보다 가볍고 작동 시간이 길다. 유사한 기술이 미래에는 자동차에 동력을 공급하기 위해 개선되고 확장될 수 있다.^[6]

국립학술원 국가연구위원회는 2004년 보고서에서 컴퓨터, 센서, 통신장치에 전원을 공급할 수 있는 배터리는 상당한 부담을 가중시키므로 미 육군이 향후 군인이 휴대할 전자장비에 전원을 공급하기 위해 그러한 마이크로파워 공급원을 조사해야 한다고 권고했다. 보병병^[7]

미 육군의 미래 전사 개념은 10온스의 연료로 최대 6일간 통신과 웨어러블 난방/냉방 장비에 동력을 공급하기 위해 액체 탄화수소를 연료로 하는 2-20와트 마이크로 터빈을 구상하고 있다.^[8]

기타 마이크로제너레이터/나노제너레이터 기술

유타대 물리학과 오레스트 심코 교수와 제자들은 폐열을 음향 공진으로 변환한 뒤 전기로 변환하는 1입방인치(16입방 센티미터) 장치인 TAPEC(Thermal Acoustic Piezo Energy Conversion)를 개발했다. 그것은 마이크로 전자기계 시스템, 즉 MEMS에 전력을 공급하기 위해 사용될 것이다. 이 연구는 미 육군의 자금 지원을 받았다. Symko는 미국의 음향학회에서 논문을 발표할 예정이었다.^[9] 2007년 6월 8일. MIT의 연구원들은 2005년에 박막 PZT를 이용하여 최초의 미세한 크기의 압전 에너지 하베스터를 개발했다.^[10] 아르만 하지티와 김상국은 이중으로 클램핑된 미세전자기계시스템(MEMS) 공명기의 비선형 강성을 이용해 초광대역폭 마이크로 스케일의 압전 에너지 수확장치를 발명했다. 이중 클램핑 빔의 스트레칭 스트레인은 비선형 강성을 나타내며, 이는 수동 피드백을 제공하고 진폭 강화 더핑 모드 공진을 유발한다.^[11]

조지아 공과대학교의 중린 왕 교수는 그의 연구팀이 수직으로 정렬된 산화아연 나노와이어의 배열을 기반으로 "나노미터 규모의 발전기"를 개발했다고 말했다. 신발에 내장되어, 그것은 걷기에서부터 작은 전자 장치까지 전기를 발생시킬 수 있다. 그것은 또한 혈액의 흐름에 의해 생물의학 장치에 동력을 공급받을 수 있다.^[12] 사이언스지에 실린 이 장치의 설명에 따르면 산화아연 나노와이어 어레이의 굽힘은 물질의 압전 특성에 의해 전기장을 생성한다. 이 장치의 반도체 특성은 정류 기능이 있는 쇼트키 장벽을 만든다. 발전기는 기계적 운동을 전기로 전환하는 데 17~30%의 효율이 있을 것으로 추정된다. 이것은 데이터와 제어를 위한 무선 전송 기능을 가진 생물의학 장치에 전원을 공급하는데 사용될 수 있다.^[13] 이후 발전은 전극의 기능을 하는 기질에 수백 개의 나노와이어를 배양하는 것이었다. 그 위에는 일련의 백금 능선으로 덮인 실리콘 전극이 놓여 있었다. 상단 전극의 진동이 직류 발생의 원인이 되었다.^[14] 왕 교수의 보고서는 2007년 8월 8일자 '나노 레터즈'에 이런 장치가 이식 가능한 바이오의약품 장치에 동력을 공급할 수 있다는 내용이 실릴 예정이었다. 그 장치는 흐르는 피나 뛰는 심장에 의해 작동될 것이다. 그것은 체액에 담그는 동안 기능할 수 있었고 초음파 진동으로부터 에너지를 얻을 수 있었다.^[15] Wang은 일련의 장치들이 세제곱 센티미터 당 4와트를 생산할 수 있을 것으로 예상한다.^[16] 추가 개발 목표는 나노와이어의 배열 효율을 높이고, 기기의 수명을 늘리는 것으로 2007년 4월 현재 1시간 정도에 불과했다.^[17] 2010년 11월까지 Wang과 그의 팀은 약 2 cm x 1.5 cm의 배열로부터 1년 전에 가능한 100배 높은 출력 레벨인 3볼트의 전위와 300나노암페어의 전류를 생산할 수 있었다.^[18]

윈드벨트는 숀 프레이네가 발명한 마이크로파워 기술이다. 그것은 본질적으로 애올리언 하프인데, 공력학적 펄럭이 생산한 끈의 움직임을 이용하여 전기로 전환될 수 있는 물리적 진동을 만들어 낸다는 점을 제외하면 말이다. 그것은 회전하는 풍력 발전기에 내재된 손실을 방지한다. 프로토타입은 시속 16km의 바람으로 40밀리와트를 생산했다. 진동막의 자석은 정지된 코일에 전류를 발생시킨다.^[19][20]

의복의 압전 나노파이버는 캘리포니아 대학, 리웨이 린 버클리 교수 및 그의 연구팀의 연구에 기초하여 착용자의 신체 움직임에서 아이팟이나 전쟁터에서 군인들이 사용하는 일부 전자 장비와 같은 소형 전자기기에 동력을 공급하기 위한 충분한 전기를 발생시킬 수 있다. 백만 개의 그러한 섬유는 아이팟을 작동시킬 수 있고, 모래알만큼 클 것이다. 스탠포드 대학의 연구원들은 이러한 기술에 의해 발생되는 전력을 저장하는 데 사용될 수 있는 직물로 만들어진 배터리인 "eTextiles"를 개발하고 있다.^[21]

열공진기 기술은 열전발전에 필요한 순간 온도차가 없고 태양광발전에 필요한 햇빛이 없는 경우에도 매일의 온도변화에 따른 전력생성이 가능하다. 옥타데칸과 같은 위상변화 물질을 선택하여 주변 온도가 몇 도 변하면 고체에서 액체로 변할 수 있다. 마이클 스트라노 화학공학과 교수 등 7명이 MIT에서 만든 작은 실증장치에서 하루 10도씩의 변화로 350밀리볼트, 1.3밀리와트씩 생산됐다. 계획된 전력 수준은 전력 센서와 통신 장치를 사용할 수 있다.^[22][23]

참고 항목

• 배터리(전기)
• 휴대폰
• 발전기
• 전자제품
• 연료전지
• 가스 터빈
• 허브 다이너모
• 집적회로
• 노트북
• 마이크로일렉트로닉스
• 마이크로 전자기계 시스템
• 휴대용 연료 전지 응용 프로그램
• 윈드벨트
• 나노제너레이터

참조

외부 링크

• MIT 가스 터빈 연구소
• 조지아 공과대학교 Z.L. Wang's lab