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자신의 무게보다 165배를 들 수 있는 근육과 같은 나노장치

자신의 무게보다 165배를 들 수 있는 근육과 같은 나노장치

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럿거스 대학(Rutgers University)의 연구진은 나노크기 장치를 만들 수 있는 간단하면서 경제적인 방법을 발견했다. 이 장치는 1.6 밀리그램의 무게를 가지고 있고, 자신보다 수백 배 더 큰 265 밀리그램을 들 수 있다.

이런 특성은 결정성 무기 화합물인 MoS2(molybdenum disulfide)의 매우 얇은 시트 사이에 이온을 삽입하고 제거하는 과정에서 발생했다. 이것은 근육과 같이 작동하고 전기 에너지를 기계 에너지로 전환시키는 새로운 유형의 액추에이터이다.

이번 연구진은 소량의 전압을 인가함으로써 장치가 훨씬 더 무거운 것을 들 수 있다는 것을 발견했다. 이것은 전기화학적 액추에이터 분야에서 중요한 발견이다. 금속성 MoS2 시트를 다시 적층시키면 다른 액추에이터 물질에 비해서 더 큰 응력과 견딜 수 있게 된다.

이 작은 장치는 전압이 가해질 때 3 마이크로미터의 두께와 0.5 센티미터의 너비와 6 센티미터의 길이를 가진다.

이황화 몰리브덴은 엔진의 고체 윤활제로 일반적으로 사용된다. 이것은 흑연과 같은 층상 물질이고, 강한 화학적 결합을 가지지만 층간 결합은 약하다. 따라서 각각의 MoS2 층들은 화학 작용을 통해서 쉽게 얇은 시트로 분리될 수 있다.

매우 얇은 시트는 물과 같은 용제 속에서 부유한다. 이런 나노시트는 용매를 증발시키면 적층으로 조립된다. 다시 적층된 시트에 이온을 삽입하고 제거하면 높은 전기전도도를 가진 전극으로 사용될 수 있다. 이온 주입 및 제거는 나노시트의 팽창 및 수축을 유도하고 표면에 힘을 가한다.

다음 연구 단계는 더 큰 물체를 움직일 수 있는 액추에이터를 만드는 것이 될 것이다. 이 연구결과는 저널 Nature에 “Muharrem Acerce et al, Metallic molybdenum disulfide nanosheet-based electrochemical actuators” 라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1038/nature23668).

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