위스커(Whisker) 이식 생체모사 전자피부 학술지 논문 2408162호에서 Mohammad Zarei, An Woo Jeong, Seung Goo Lee는 설치류의 감각 능력에서 영감을 받아 인공 수염(whiskers)과 통합된 생체모사 전자피부의 개발을 소개한다. 이 고도화된 피부는 뛰어난 감지 민감도, 넓은 감지 범위, 그리고 높은 유연성을 보여준다. 표지 삽화는 터널 네트워크를 통과하며 이동하는 로봇 설치류를 나타내며, 해당 전자피부를 통해 장애물과 공기 흐름을 능숙하게 감지한다. [이미지: 본문 참고]

넓은 압력 범위에 걸쳐. 또한 NC-GF의 뛰어난 변형 내구성(strain tolerance) 덕분에 본 압력 센서는 반복적인 신장(최대 30% 변형률)을 포함한 심각한 기계적 변형 이후에도 성능을 유지할 수 있다. 센서의 우수한 감지 성능과 기계적 강건성은 웨어러블 맥박 모니터링 장치와 인간-로봇 상호작용 시스템에 적용한 것에서 보이듯이 다양한 IoT 응용 분야에 적합함을 시사한다.

본 논문은 트리보전기 나노발전기(triboelectric nanogenerators, TENGs)에서 표면 트리보전기 전하 소산(surface triboelectric charge dissipation)과 MXene 층의 자기 재적층(self‐restacking) 문제를 해결하기 위한 새로운 삽입(intercalation) 접근법을 제안한다. 제안된 전략은 표면 전하의 손실을 방지하고 MXene의 구조적 안정성을 향상시킴으로써 TENG의 성능을 현저히 개선한다. 먼저, 특정 치수의 개질 실리카 나노구(silica nanospheres, MSNs)를 합성한 후 MXene 층 사이에 이들을 삽입한다. 이는 재적층 문제를 해결할 뿐만 아니라 층간 거리를 크게 증가시키고 MXene의 표면적을 증대시킨다. 효과적인 전하 저장 부위로 작용하는 MSNs는 표면 전하 밀도를 유의하게 향상시키는 한편, 높은 유전율(high dielectric permittivity)은 분극(polarization)을 통해 유전율(dielectric constant)을 조절하는 상승적(synergistic) 효과를 유발한다. 궁극적으로, 제안된 MSN-삽입 MXene 기반 TENG은 2 wt.%의 MSN-삽입 MXene 농도에서 우수한 출력 성능(출력 전압 ≈461 V, 출력 전류 ≈19 µA, 최대 피크 전력 밀도 ≈691.2 µW cm −2 )을 나타낸다. 본 연구는 에너지 수확을 위한 TENG에서 트리보음전하성(tribonegative) 및 전하 저장 층의 구조 설계를 위한 새로운 경로를 제시한다.

자연의 상어가죽은 리블렛(riblet) 질감의 비등방성 미세치돌기(riblet-textured anisotropic microdenticles)가 비스듬히 겹쳐진( staggered-overlapped ) 다층 구조를 가지며, 항력 감소를 나타내면서 유연하면서도 견고한 방호구를 제공한다. 그러나 이러한 고유한 기능성과 기계적 건전성을 갖는 3차원(3D) 상어가죽의 인공 제작은 기존의 공정으로는 어려운 과제이다. 본 연구에서는 폴리머 복합재의 자기 작동(magnetic actuation)을 이용한 다층 3D 상어가죽의 손쉬운 미세제작과, 얇은 폴리머 박막의 캐스팅(casting)에 의한 후속 화학적 형상 고정(chemical shape fixation)에 대해 보고한다. 제작된 소수성 상어가죽은 기하학적 대칭성 깨짐(geometric symmetry breaking)을 통해, 리블렛 질감의 미세치돌기에 대하여 정면 및 후방 흐름 방향에서 비등방성 항력 감소를 달성한다. 기계적 건전성을 위해, 폴리머 상어가죽에 산화아연(zinc oxide)과 백금(platinum)의 얇은 층을 코팅하여 폴리머보다 경도와 회복(recovery) 거동이 더 높은 하드온소프트(hard-on-soft) 다층 기계적 특성을 구현한다. 이 다층 하드온소프트 상어가죽은 마찰 비등방성, 기계적 강인성, 그리고 구조적 회복성을 나타낸다. 또한 MXene 나노시트를 코팅하면 제작된 상어가죽의 전기 저항이 약 ≈5.3 Ω로 낮아져, 높은 줄열(Joule heating)을 유도하며 2.75 V에서 약 ≈229.9 °C에 이른다. 제안된 자기기계적 작동(magnetomechanical actuation) 보조 미세제작 전략은 다기능 마이크로텍스처(microtextures)를 필요로 하는 장치의 개발을 촉진할 것으로 기대된다.

또한 자기 굽힘 및 비틀림 구동이 마이크로장벽 조립과 결합되는 것에 따라 달라진다. 더 나아가, 서로 다른 유형의 신경 세포 돌연변이는 C. elegans가 특정 운동 양식을 구현하는 것을 방해하며, 이는 뉴런과 기계감지 기능 간의 상관관계를 조사할 가능성을 시사한다. 이러한 전략은 소형 바이오봇을 비접촉 방식으로 조작하기 위한 플랫폼을 제공하며, 감각 뉴런과 인간 질환을 규명하기 위한 학제간 연구를 촉진한다.

유연 전자 기술의 급속한 발전(웨어러블 전자기기, 이식형 의료기기, 스마트 섬유 포함)은 생체적합성, 고성능 및 유연한 에너지 저장 시스템을 개발하려는 관심을 증가시켰다. 그중 섬유(형) 슈퍼커패시터는 높은 전력 밀도, 긴 사이클 수명, 우수한 유연성을 바탕으로 차세대 유연 전원으로서 유망한 후보로 부상하고 있다. 이를 위하여 성능과 실용적 적용 가능성을 더욱 향상시키기 위한 나노소재 기반 복합체들이 개발되어 왔다. 본 총설은 섬유형 슈퍼커패시터에 관한 최근 연구 성과를 체계적으로 정리하되, 습식 방사 및 코팅과 같은 확립된 제조 방법과 관련된 설계 전략 및 성능 최적화에 특별한 강조를 두고자 한다. 또한 병렬, 비틀림, 동축 설계와 같은 전형적 구조 구성과, 금속 와이어, 탄소 기반 물질, 그래핀, 그리고 MXene을 포함하는 핵심 전극 소재를 다룬다. 아울러 본 논문은 자가 구동 시스템, 웨어러블 전자기기 및 생의학 기기에서의 섬유형 슈퍼커패시터의 선도적 적용 사례를 조명하고, 대규모 제조, 시스템 통합 및 실제 적용과 관련하여 현재의 주요 과제와 향후 방향을 논의한다.

위스커(Whisker) 이식 생체모사 전자피부 학술지 논문 2408162호에서 Mohammad Zarei, An Woo Jeong, Seung Goo Lee는 설치류의 감각 능력에서 영감을 받아 인공 수염(whiskers)과 통합된 생체모사 전자피부의 개발을 소개한다. 이 고도화된 피부는 뛰어난 감지 민감도, 넓은 감지 범위, 그리고 높은 유연성을 보여준다. 표지 삽화는 터널 네트워크를 통과하며 이동하는 로봇 설치류를 나타내며, 해당 전자피부를 통해 장애물과 공기 흐름을 능숙하게 감지한다. [이미지: 본문 참고]

넓은 압력 범위에 걸쳐. 또한 NC-GF의 뛰어난 변형 내구성(strain tolerance) 덕분에 본 압력 센서는 반복적인 신장(최대 30% 변형률)을 포함한 심각한 기계적 변형 이후에도 성능을 유지할 수 있다. 센서의 우수한 감지 성능과 기계적 강건성은 웨어러블 맥박 모니터링 장치와 인간-로봇 상호작용 시스템에 적용한 것에서 보이듯이 다양한 IoT 응용 분야에 적합함을 시사한다.

본 논문은 트리보전기 나노발전기(triboelectric nanogenerators, TENGs)에서 표면 트리보전기 전하 소산(surface triboelectric charge dissipation)과 MXene 층의 자기 재적층(self‐restacking) 문제를 해결하기 위한 새로운 삽입(intercalation) 접근법을 제안한다. 제안된 전략은 표면 전하의 손실을 방지하고 MXene의 구조적 안정성을 향상시킴으로써 TENG의 성능을 현저히 개선한다. 먼저, 특정 치수의 개질 실리카 나노구(silica nanospheres, MSNs)를 합성한 후 MXene 층 사이에 이들을 삽입한다. 이는 재적층 문제를 해결할 뿐만 아니라 층간 거리를 크게 증가시키고 MXene의 표면적을 증대시킨다. 효과적인 전하 저장 부위로 작용하는 MSNs는 표면 전하 밀도를 유의하게 향상시키는 한편, 높은 유전율(high dielectric permittivity)은 분극(polarization)을 통해 유전율(dielectric constant)을 조절하는 상승적(synergistic) 효과를 유발한다. 궁극적으로, 제안된 MSN-삽입 MXene 기반 TENG은 2 wt.%의 MSN-삽입 MXene 농도에서 우수한 출력 성능(출력 전압 ≈461 V, 출력 전류 ≈19 µA, 최대 피크 전력 밀도 ≈691.2 µW cm −2 )을 나타낸다. 본 연구는 에너지 수확을 위한 TENG에서 트리보음전하성(tribonegative) 및 전하 저장 층의 구조 설계를 위한 새로운 경로를 제시한다.

자연의 상어가죽은 리블렛(riblet) 질감의 비등방성 미세치돌기(riblet-textured anisotropic microdenticles)가 비스듬히 겹쳐진( staggered-overlapped ) 다층 구조를 가지며, 항력 감소를 나타내면서 유연하면서도 견고한 방호구를 제공한다. 그러나 이러한 고유한 기능성과 기계적 건전성을 갖는 3차원(3D) 상어가죽의 인공 제작은 기존의 공정으로는 어려운 과제이다. 본 연구에서는 폴리머 복합재의 자기 작동(magnetic actuation)을 이용한 다층 3D 상어가죽의 손쉬운 미세제작과, 얇은 폴리머 박막의 캐스팅(casting)에 의한 후속 화학적 형상 고정(chemical shape fixation)에 대해 보고한다. 제작된 소수성 상어가죽은 기하학적 대칭성 깨짐(geometric symmetry breaking)을 통해, 리블렛 질감의 미세치돌기에 대하여 정면 및 후방 흐름 방향에서 비등방성 항력 감소를 달성한다. 기계적 건전성을 위해, 폴리머 상어가죽에 산화아연(zinc oxide)과 백금(platinum)의 얇은 층을 코팅하여 폴리머보다 경도와 회복(recovery) 거동이 더 높은 하드온소프트(hard-on-soft) 다층 기계적 특성을 구현한다. 이 다층 하드온소프트 상어가죽은 마찰 비등방성, 기계적 강인성, 그리고 구조적 회복성을 나타낸다. 또한 MXene 나노시트를 코팅하면 제작된 상어가죽의 전기 저항이 약 ≈5.3 Ω로 낮아져, 높은 줄열(Joule heating)을 유도하며 2.75 V에서 약 ≈229.9 °C에 이른다. 제안된 자기기계적 작동(magnetomechanical actuation) 보조 미세제작 전략은 다기능 마이크로텍스처(microtextures)를 필요로 하는 장치의 개발을 촉진할 것으로 기대된다.