마찰에너지 이용 움직임 정밀 감지, 기존 소자 대비 7배 성능 향상
[천지일보 천안=박주환 기자] 한국기술교육대학교 배진우 교수 연구팀이 사람의 움직임으로 발생하는 마찰에너지를 이용해 몸동작을 정밀하게 감지할 수 있는 혁신적인 고분자 나노복합체 기반 센서를 개발했다고 29일 밝혔다.
한기대 에너지신소재화학공학부 배진우 교수 연구팀은 전남대, 경희대와 함께 금속-유전체 물질인 NaYF4:Yb,Er에 금 나노입자를 코팅한 나노복합체를 합성하고 이 물질을 유연 고분자에 첨가해 마찰전기 출력을 극대화하는 센서를 개발했다.
사람의 움직임과 마찰에서 발생하는 미세한 정전기와 대전에너지를 활용해 전기 에너지를 생산하는 마찰대전 기술은 구조가 단순해 친환경 에너지 생산 기술로 주목받고 있다. 하지만 변환된 전기 에너지가 빠르게 유출되고 생산되는 전류가 미약해 생산 효율이 낮다는 문제점이 있다.
이를 해결하기 위해 연구팀은 금속-유전체 물질인 NaYF4:Yb,Er에 금 나노입자를 코팅해 새로운 고분자 나노복합체를 개발했다.
개발된 물질은 마찰대전에서 발생하는 전기 에너지를 증폭시켜 줄 뿐만 아니라 유출되는 전기에너지를 일시적으로 저장하는 역할을 수행한다. 이를 통해 기존 마찰대전 소자 대비 성능을 7배 향상할 수 있었다.
특히 유연한 특성을 이용해 인체 활동을 정밀하게 모니터링할 수 있고 동시에 안정적으로 전기를 생산하는 웨어러블 센서로 응용할 수 있다.
연구책임자인 배진우 교수는 “이번 연구를 통해 단순히 전원만 아니라 웨어러블 센서도 구현할 수 있어 의료, 스포츠, VR 등 다양한 분야에서 혁신적인 웨어러블 기기의 상용화가 가능해질 것”이라고 기대감을 나타냈다.
이번 연구는 한국연구재단과 산업통상자원부의 지원을 받아 수행됐다. 한국기술교육대의 배진우 교수(연구책임자), 가줄라 프라사드 연구교수(공동 제1저자), 윤재욱 박사과정(공동 저자), 전남대의 박용일 교수(연구책임자), 아카쉬 굽타(공동 제1저자) 등이 참여했다.
연구 성과는 국제적 학술지인 ‘나노 에너지 (Nano Energy)’ 온라인판에 2월 1일 게재된 바 있으며 4월호에 출간될 예정이다.