[대학人] (28) '걷기만 해도 충전' 나노발전기 개발한 나창운 교수

인체 움직임 활용해 마찰·압력으로 발전…웨어러블 기기에 적용 기대

(전주=연합뉴스) 김진방 기자 = "'걷거나 팔을 앞뒤로 움직이는 동작만으로 스마트 기기를 충전할 수 있다면 얼마나 편리할까?'라는 물음에서부터 마찰전기형 나노발전기 연구는 시작됐습니다."

나창운 전북대 고분자·나노공학과 교수는 지난 21일 연합뉴스와 인터뷰에서 인체의 움직임을 이용해 전기를 발생시키는 나노발전기를 개발하게 된 계기에 대해 이같이 말했다.

스마트 폰, 스마트 워치, 무선 이어폰 등을 사용하는 현대인이라면 누구나 한 번쯤 해봤을 상상을 현실로 만드는 데는 3년의 세월이 걸렸다.

나 교수 연구팀은 3년간의 연구 끝에 세계 최초로 카본나노튜브(CNT)와 황화주석(SnS) 나노소재를 기반으로 마찰전기형 나노발전기를 개발했다.

이 기술의 핵심은 다층 구조의 황화주석을 간단한 처리 공정을 거쳐 단결정 층 구조(Single Layer Crystal)로 제어하는 것이다.

또 카본나노튜브를 전극으로 활용하기 때문에 나노발전기의 유연성이 좋아 인체에 부착하는 웨어러블 기기에 적용하기도 좋다.

여기에 기존 나노발전기가 납을 주로 사용하는 데 반해 독성이 낮은 황화주석을 주재료로 하기 때문에 안정성까지 확보했다.

나 교수 연구팀의 연구 결과는 에너지·재료 분야 세계적 저널인 '재료화학 저널 A'(Journal of Materials Chemistry A·IF 14.511) 5월 온라인판에 게재됐다.

나 교수는 "우리가 개발한 나노소재의 장점은 압력을 가하는 방식과 마찰을 가하는 방식 모두를 통해 전기를 생산해 낼 수 있다는 점"이라며 "특히 소재가 얇은 박막 형태이고, 유연성이 있어 상용화하기에 적절하다"고 설명했다.

나 교수가 고분자과학 분야 연구와 연을 맺게 된 것은 대학에서 교편을 잡기 전 국내 유명 타이어 회사 연구원으로 일하면서부터다.

당시 고무 고분자 복합체를 이용해 타이어 연구를 하던 그는 고분자량 화합물인 폴리머(polymer)에 관심을 갖게 됐다.

이후 폴리머 과학 분야 세계 최고 대학인 미국 애크런 대학에 입학해 1995년 공학박사 학위를 취득했다.

나 교수는 1999년 전북대에 부임한 이후 고분자 나노복합소재와 고무탄성기반 신기술 응용연구를 꾸준히 진행하면서 100여명의 석·박사급 인재를 양성했다.

그는 지난 23년간 국내·외 전문 학술지에 논문 230여편을 발표하고, 현대자동차, 한국타이어, 넥센타이어 등 관련 기업을 위한 고분자 교육 프로그램을 운영해 오고 있다.

이 같은 공을 인정받아 지난해 국내 최초로 미국 화학회(ACS Rubber Division)에서 주관하는 '위트비상'(George Stafford Whitby Award)을 수상했다.

고분자 과학 분야 최고 권위인 위트비상은 고분자 분야에서 탁월한 교육과 연구 업적을 남긴 조지 스태포드 위트비 교수를 기리는 상으로, 1987년부터 매년 1명을 선정해 수여한다.

나 교수는 "고전적인 연구 주제라 할 수 있는 고무 소재를 23년간 연구하고 성과를 낼 수 있었던 것은 함께 연구실을 지켜준 대학 제자들과 외국인 연구생들 덕분"이라며 "은퇴하기까지 3년 정도가 남았는데 마지막까지 제자들과 함께 나노소재 연구를 이어가겠다"고 말했다.

나 교수는 앞으로 마찰전기형 나노발전기 기술을 상용화하는 데 매진하겠다고 계획을 밝혔다.

그는 "지금까지 개발된 기술은 인체의 움직임을 활용해 전기를 생산하는 기초 기술"이라며 "제품으로 만드는 상용화 단계까지 가기 위해서는 생산한 전기를 효율적으로 저장하고, 안정적으로 기기로 보내는 기술이 필요하다"고 설명했다.

이어 "기술 상용화를 위해 미국의 관련 전문가들과 소통하고, 관련 분야의 선진 대학인 펜실베이니아 대학에서 추가적인 연구를 진행할 계획"이라고 덧붙였다.

chinakim@yna.co.kr

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