생활 마찰에서 전기에너지 뽑아내는 ‘첨단 신축 센서’ 국내 연구진이 개발했다

DGIST 이주혁 에너지공학과 교수 연구팀

이주혁 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학과 교수(왼쪽)와 김민규 석사과정생. /DGIST

일상생활에서 발생하는 마찰력을 전기에너지로 바꿔주는 첨단 센서를 국내 연구진이 개발했다. 신축성이 좋아 움직임이 많은 환경에서 전기 출력을 일정하게 유지할 수 있어 향후 정밀 센서 분야에서 다양하게 활용될 것으로 기대된다.

대구경북과학기술원(DGIST)은 이주혁 에너지공학과 교수 연구팀이 움직임이 많은 일상생활에서 활용할 수 있는 ‘신축성 마찰대전 센서’를 개발했다고 12일 밝혔다. 마찰대전 발전소자는 마찰에서 발생하는 운동에너지를 전기에너지로 바꿔주는 센서다. 최근 스마트워치와 같은 웨어러블 기기를 착용하는 경우가 늘면서 마찰대전 발전소자는 기기에 전력을 공급할 새로운 방법으로 주목받고 있다.

이 교수 연구팀은 이주헌 한양대 생명나노공학과 교수와 공동연구를 통해 기존에 있던 신축성 마찰대전 센서가 일정한 에너지 출력을 내지 못하는 원인을 파악했다. 이 센서는 웨어러블 기기나 인체에 직접 붙어 마찰을 감지하기 때문에 사용자의 움직임에 따라 센서 형태가 바뀔 수 있다. 때문에 격한 움직임으로 센서 형태가 변형되도 에너지 출력이 일정하게 유지되는 게 핵심인데, 기존 센서는 형태가 변형되면 출력도 오르락내리락했다.

이에 연구팀은 그래핀 전극과 폴리염화비닐-겔(PVC-gel)을 이용해 이번 센서를 개발했다. 그래핀 전극은 전기가 잘 통하면서 강도와 유연성이 모두 높아 휘어지는(플렉서블) 디스플레이 주요 재료로 쓰인다. 폴리염화비닐-겔은 단단한 플라스틱인 PVC와 이를 유연하게 만들어주는 가소제를 첨가해 만든 물질이다.

덕분에 연구팀이 새로 만든 신축성 마찰대전 센서는 최대 50% 넘게 형태가 변해도 전기 출력을 일정하게 유지할 수 있게 됐다. 또 센서를 만드는 데 쓰인 소재들 모두 생체 안정성 평가를 통과해 실생활에서 활용해도 인체에 무해함을 확인했다.

연구 성과를 담은 논문은 에너지공학 분야 국제 학술지인 ‘나노 에너지(Nano Energy)’에 지난해 12월 29일 게재됐다. 이번 연구는 과학기술정보통시신부 한국연구재단과 DGIST 센소리움 지원사업을 통해 진행됐다.

참고자료

Nano Energy, DOI: https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.108159

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