신축성 고무 다이오드는 의료, 전자 장치의 가능성을 열어줍니다.

2022년 11월 30일

사라 스몰

펜실베니아주 유니버시티파크 — 이 기사를 컴퓨터나 휴대전화로 읽고 계시다면 부분적으로 다이오드 덕분입니다. 다이오드(일반적으로 전류를 한 방향으로 쉽게 전도하는 견고한 전기 부품)는 AC를 DC로 변환하고 에너지를 기계에서 전기로 변환하는 것에서부터 디지털 디스플레이 등을 가능하게 하는 스위치 부품 역할을 하는 등 다양한 중요한 전자 기능에 사용됩니다. 로봇 공학이나 의료 기기와 같은 전자 장치는 기술이 발전함에 따라 더욱 유연해지고 있으므로 Penn State 연구진은 성능을 유지하는 완전 고무 신축성 다이오드를 개발했습니다.

팀은 Science Advances에 결과를 발표했습니다.

"이 다이오드는 모두 신축성 있는 고무 재료로 만들어졌습니다. 고무 재료 전략이 핵심입니다"라고 교신저자인 Dorothy Quiggle 경력 개발 부교수이자 공학 과학 및 기계공학 부교수이자 재료 과학 및 공학 부교수인 Cunjiang Yu가 말했습니다. . 그의 그룹은 이전에 트랜지스터와 같은 다른 고무 전자 재료를 개발했습니다. "고무 다이오드를 만들어서 우리는 고무 전자 장치 라이브러리를 풍부하게 하여 고무 재료로 완전히 통합된 전기 회로와 시스템을 만드는 데 더 가까이 다가갈 수 있었습니다."

Yu에 따르면 보다 유연한 장치는 생물학적 조직처럼 작동할 수 있어 더 나은 생체 통합 장치가 가능하다고 합니다. 심장에 이식할 수 있는 소프트 패치 장치를 예로 들 수 있습니다.

“심장이 뛰면 전기 신호가 생성됩니다.”라고 그는 말했습니다. "고무 다이오드를 사용하면 장치가 본체 내에서 AC를 DC로 변환할 수 있지만 현재는 불가능합니다."

기계적으로 늘어나는 동안 이러한 전기적 성능을 달성하기 위해 연구원들은 장치 아키텍처, 수직 구조 및 레이아웃을 합리적으로 고려했다고 Yu는 말했습니다. 보다 유연한 의료 기기에 대한 이점 외에도 개발은 자체 지속 가능 시스템을 향한 의료 기기의 전력 관리 시스템에도 영향을 미칩니다.

Yu는 "수확기에서 수집된 에너지는 에너지를 사용하기 위해 저장하기 전에 항상 정류해야 하며 이는 많은 신흥 분야에서 중요합니다"라고 Yu는 말했습니다.

Yu는 기계적 에너지(한 단계)를 전기 에너지로 변환하여 LED를 밝히는 압전 에너지 수확기가 포함된 조명 운동화의 일상적인 예를 제시했습니다. 정류 회로는 수확된 AC 전기를 유용한 DC 전력으로 변환합니다.

"연구자들과 산업계는 기존의 다이오드를 사용하고 있지만 우리가 논문에서 보고한 것과 같이 늘어날 수 있는 것을 원합니다"라고 그는 말했습니다. "이러한 고무 다이오드는 많은 가능성을 열어줍니다."

Yu는 다음 단계에는 다이오드를 더욱 최적화하고 이를 보다 복잡한 시스템에 통합하는 것이 포함된다고 말했습니다.

“우리는 다이오드 아키텍처와 성능을 개선하고 기계적 신장이나 변형이 매우 큰 경우에도 방해받지 않는 작동을 달성하기 위해 노력하고 있습니다.”라고 그는 말했습니다. "우리는 이 다이오드를 사용하여 로봇 공학 및 생체 의학 장치와 같은 다양한 신흥 응용 분야의 중요한 장치 요구 사항을 해결하고 싶습니다."

Penn State의 공학 및 기계공학과 장선민과 심현석도 이 논문의 저자입니다. 해군 연구실(Office of Naval Research)과 국립과학재단(National Science Foundation)이 이 연구에 자금을 지원했습니다.

공과대학 언론홍보학과

이메일로 소식 받기