 |
| 머리카락을 닮은 나노구조물을 이용해 마찰전기 에너지 수확의 효율을 크게 높일 수 있는 소자를 개발한 세라믹기술원 조성범 박사·성균관대 방창현 교수팀 연구는 어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)에 2월 13일 게재됐다.(자료출처=어드밴스드 머티리얼즈/제공=세라믹기술원 조성범 박사팀) |
[아시아뉴스통신=이기종 기자] 한국연구재단(NRF)은 한국세라믹기술원 가상공학센터 조성범 박사팀이 성균관대학교 방창현 교수팀과 머리카락을 닮은 나노구조물을 이용해 마찰전기 에너지 수확의 효율을 크게 높일 수 있는 소자를 개발했다고 17일 밝혔다.
사물인터넷, 웨어러블 헬스케어 등 다양한 저전력 전자기기에 대한 관심이 높아지는 가운데 자연적으로 발생하는 태양광이나 진동, 열, 바람 등 일상에서 버려지는 자투리 에너지를 수확해 전원으로 활용하기 위한 에너지 하베스팅(energy Harvesting)에 대한 관심이 뜨겁다.
그러나 인체에 부착하거나 삽입하는 초소형 전자기기가 빠른 속도로 발전하고 있지만 성능향상과는 별개로 배터리를 통한 지속적인 전원공급에는 어려움이 있다.
최근 두 물체의 접촉에서 생기는 마찰전기를 활용하는 기술은 압전체 등의 다른 나노발전기 방법들에 비해 접근성이 좋고 효율이 높아 초소형 사물인터넷기기나 웨어러블소자 등의 전원공급원으로서 응용 가능성이 높게 점쳐지고 있다.
이 방식은 두 물체의 접촉이 수반되어야하기 때문에 접촉을 유도할 수 있는 특정방향(접촉면의 수직방향)의 움직임에만 반응하는 한계가 있다.
또 수평형, 회전형 등 다양한 움직임에 반응할 수 있는 마찰전기 접촉소자가 제안되기도 하였으나 다른 방향의 움직임에서 에너지를 수확하기 위해서는 정작 가장 영향력이 큰 수직형 움직임을 포기해야하는 한계점이 있었다.
이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 모든 방향의 움직임을 수직 방향으로 바꿔주는 머리카락 모양의 나노구조물을 기존 마찰전기 소자 위에 부착하는 방식을 제안했다.
 |
| 머리카락을 닮은 나노구조물을 이용해 마찰전기 에너지 수확의 효율을 크게 높일 수 있는 소자를 개발한 세라믹기술원 조성범 박사·성균관대 방창현 교수팀 연구는 어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)에 2월 13일 게재됐다.(자료출처=어드밴스드 머티리얼즈/제공=세라믹기술원 조성범 박사팀) |
연구과정을 보면 기존 소자구조를 변경하는 대신 머리카락과 비슷한 마이크로 구조를 기존 소자 위에 적층했다.
이로 인해 수평 방향으로 일정한 움직임이 가해지면 이 머리카락 구조체의 응력 구조 특성상 수직 방향의 진동으로 바뀌고 결국 두 접촉면의 마찰전기를 유도해 에너지를 만들어 내게 된다.
이를 통해 지폐를 바로 펴는데 1/5 정도의 힘에 불과한 0.2파스칼(Pa) 이하의 아주 적은 수평 압력에도 반응하는 고성능 마찰전기 기반 에너지 소자를 개발했다.
이후 이러한 수평에서 수직으로 움직임 방향이 전환되는 원리가 머리카락과 비슷한 구조에서 발생하는 반복적인 응력분포의 집중–분산 때문임을 규명했다.
이어 직접적인 접촉뿐만 아니라 바람과 같은 유체의 비접촉성 움직임에도 머리카락 구조 사이에서 소용돌이를 일으키며 수직방향의 진동으로 지속적인 마찰전기를 유도하여 에너지를 발생시킨다는 것을 알아냈다.
이 연구결과에 의하면 이번에 만든 소자를 옷감에 부착한 결과 지폐를 팽팽하게 편 것의 1/5의 힘에 불과한 0.2파스칼(Pa) 이하의 아주 적은 수평 방향 압력에도 반응하는 것을 확인했다.
또 옷깃이 흔들릴 정도의 아주 작은 작은 바람에도 마찰 전기를 유도할 정도로 에너지 수확효율이 향상됐다.
조성범 박사는 “초소형 IoT 기기, 생체삽입형 소자의 전원공급 문제를 해결할 수 있는 실마리를 제공함으로써 이같은 기기의 상용화를 앞당기는데 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.
이 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 이공분야 기초 연구사업의 지원으로 수행됐고 어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)에 2월 13일 게재됐다.
