캘리포니아 샌디에고 대학의 엔지니어들은 전압을 생성하는 데 사용할 수있는 초소수성(Super-Hydrophobic) 표면을 개발했다. 이 특수 패턴화 한 표면 위로 염수가 흐를 때 최소 50 밀리 볼트를 생성할 수 있다.

개념 증명(POC) 작업 과정에서 새로운 전원 소스로 칩 실험(lab-on-a-chip) 플랫폼 및 기타 마이크로유체(microfluidics) 장치 개발도 가능하다. 연구진은 담수화 플랜트의 에너지 수확 방법으로도 확장 될 수 있다고 말한다. UC 샌디에고 제이콥스 공대 기계 및 항공우주공학 교수 프랍 반다루(Prab Bandaru)와 연구그룹 대학원생 베이 펜(Bei Fan)이 이끄는 연구팀은 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)에 연구 논문을 발표했다.

SEM images of the super-hydrophobic surface. Images courtesy of Fan et al./Nature Communications

이 작업의 주요 아이디어는 대전된(charged) 표면 위로 이온을 이동시켜 전압을 생성하는 것이다. Bandaru는 이 이온들을 빠르게 움직일수록 더 많은 전압을 생성 할 수 있다고 설명한다. Bandaru의 연구팀은 소수성(hydrophobic)을 띄는 표면을 만들어 물과 포함한 모든 이온의 흐름, 전달 속도를 가속화 할 수 있게 했다. 또한 음전하를 유지하기 때문에, 음으로 대전 된 표면에 소금물에 양이온이 급속하게 흘러 전기 전위가 생겨 전기 전압이 생성된다.

Bandaru는 “전기적 상호 작용뿐만 아니라 이 표면으로부터의 마찰 감소는 상당히 향상된 전압을 얻는 데 도움이 된다”고 설명했다.

염수 표면은 작은 주름을 실리콘 기판에 에칭 한 다음 융기 부분에 오일(예 : 윤활용으로 사용되는 합성 모터 오일)을 채워 제작했다. 시험에서, 묽은 염수는 주사 펌프에 의해 미세 유체 채널의 표면 위로 전되고 전압은 채널의 양단에서 측정했다.

표면의 유체 흐름을 가속화하기 위해 설계된 초 소수성 또는 소위 ‘연꽃 잎‘ 표면 대한 이전의 연구가 있었다. 그러나 이러한 표면은 지금까지는 작은 공기 포켓으로 패턴화해 왔다. 공기는 전하를 유지하지 못하고 결과적으로 전위차가 더 줄어들고 전압은 더 작아진다.

수소를 주입해 소금물과 섞이지 않는 합성유와 같은 액체로 공기를 교체함으로써 Bandaru와 Fan은 이전 설계보다 최소 50 % 더 많은 전압을 생산하는 표면을 만들었다. Bandaru에 따르면 더 높은 전압은 더 빠른 유체 속도와 좁고 긴 채널을 통해 얻을 수 있다. 연구팀은 더 많은 전력을 생산할 수있는 패턴화 된 표면을 가진 채널을 만드는 작업을 진행 중이다.

*참고: UC San Diego