액체 소금이 추진력을 가져옵니다

과학자들은 기계적 힘을 전하로 변환하거나 그 반대로 변환할 수 있는 최초의 압전 액체를 발견했습니다. 이러한 재료의 일반적으로 환경 친화적인 특성은 표준 압전 화합물을 넘어 새로운 전기 제어 광학 장치 및 유압 장치와 같은 다양한 응용 분야를 찾을 수 있음을 시사합니다. 그러나 그들이 어떻게 작동하는지, 따라서 무엇을 할 수 있는지에 대해서는 아직 많은 것이 알려져 있지 않습니다.

압전기는 1880년에 처음 발견되었습니다. 이후 이 효과는 휴대폰 스피커, 잉크젯 프린터, 초음파 영상, 소나 장비, 압력 센서, 어쿠스틱 기타 픽업, 디젤 연료 분사 장치 등 다양한 응용 분야에서 발견되었습니다.

지금까지 알려진 모든 압전재료는 고체였다. 이제 과학자들은 처음으로 압전 액체를 발견했습니다. 그들은 3월 9일 Journal of Physical Chemistry Letters에 게재된 온라인 연구에서 자신들의 연구 결과를 자세히 설명했습니다.

"우리가 지금 알고 있는 것만으로 전기적으로 제어되는 광학 장치가 실현 가능합니다." - Gary Blanchard, Michigan State University

연구진은 이온성 액체를 실험했습니다. 이러한 유체는 양전하를 띤 양이온과 음전하를 띤 음이온으로 구성된 화합물인 염으로, 비정상적으로 낮은 온도에서 액체입니다. 이에 비해 식용 소금은 대략 800°C에서 녹습니다.

이 연구의 저자 중 한 명이자 East Lansing에 있는 Michigan State University의 화학 교수인 Gary Blanchard는 "그들은 상대적으로 점성이 있는 경우가 많습니다. 엔진 오일이나 메이플 시럽과 같다고 생각하면 됩니다."라고 말했습니다.

Blanchard는 팀이 액체 상태 염(이온성 액체라고도 함)의 기본 특성을 더 잘 이해하기 위해 고안된 표준 실험을 수행하고 있다고 말했습니다. 연구팀은 피스톤이 실린더 내에서 이를 압착할 때 두 가지 서로 다른 실온의 이온성 액체가 각각 전기를 생성한다는 사실을 발견했습니다. 연구자들이 관찰한 효과의 강도는 적용된 힘에 정비례했습니다.

블랜차드는 "그걸 보고 우리 모두는 정말 충격을 받았다"고 말했다. "이전에는 액체에서 압전 효과를 본 사람이 아무도 없었습니다."

Blanchard와 그의 동료들은 이러한 이온성 액체의 광학적 특성이 전류에 반응하여 극적으로 변할 수 있음을 발견했습니다. 예를 들어, 연구원들이 이러한 액체를 렌즈 모양의 용기에 넣었을 때 전하가 액체가 빛을 휘게 하는 정도를 변경하여 "렌즈의 초점 거리를 변경"할 수 있다는 것을 발견했다고 Blanchard는 말합니다.

압전 액체가 어떤 용도로 사용될 수 있는지는 아직 불확실합니다. 적어도 이러한 유체의 변경 가능한 광학 특성은 "우리가 현재 알고 있는 것에 기초하여 전기적으로 제어되는 광학이 실현 가능함"을 암시한다고 Blanchard는 말합니다.

전기가 압전 고체처럼 압전 액체의 크기를 변화시킨다면 "압전 유압의 새로운 분야를 상상할 수 있을 것"이라고 Blanchard는 덧붙입니다.

"액체에서 압전 반응을 찾는다는 생각은 거의 하지 않습니다. 그러므로 우리가 액체에서 압전 반응을 발견했다는 사실은 정말 놀라운 일이었습니다." - 미시간 주립 대학교 게리 블랜차드(Gary Blanchard)

게다가 많은 압전 고체는 환경에 위험을 초래할 수 있습니다. 예를 들어, 가장 일반적으로 사용되는 압전 세라믹인 PZT에는 납이 포함되어 있습니다. 대조적으로, 실온 이온성 액체는 일반적으로 많은 일반적인 압전 재료보다 재활용성이 훨씬 더 높고 환경 친화적이라고 연구원들은 말합니다.

게다가 원하는 모양과 크기의 압전 부품을 만드는 것도 어려울 수 있습니다. 대조적으로, 압전 액체는 더 넓은 범위의 설계 기회를 제공할 수 있다고 Blanchard는 말합니다.

압전 현상이 어떻게 발생하는지 이해하는 데 있어 이전 연구에서는 기계적 힘이 구조를 변형시켜 고체 내부의 전하를 이동시킬 때 고체에서 효과가 발생한다는 사실을 발견했습니다. 반대로, 이러한 물질에 가해진 전하는 구조를 왜곡시킵니다.

"이 두 가지 모두 재료 내에서 실질적인 조직이 필요합니다"라고 Blanchard는 말합니다. 액체의 기본 가정은 해당 물질에는 지속적인 질서가 없다는 것입니다. 결과적으로 액체로부터 압전 반응을 찾는다는 생각은 거의 하지 않습니다. 따라서 우리가 액체에서 하나를 발견했다는 사실은 정말 놀라운 일이었습니다."