아주대 공동연구팀, 물리학계 난제 ‘마찰전기 대전열의 메커니즘 규명

연구이미지. 아주대 제공

 

아주대 공동연구팀이 물리학계의 난제였던 ‘마찰전기 대전열 메커니즘’을 규명해 냈다.

아주대학교(총장 최기주)는 아주대 조성범 교수(첨단신소재공학과) 연구팀이 마찰전기 대전열이 시시각각 다르게 변화하는 메커니즘을 이론과 실험을 통해 증명해 냈다고 30일 밝혔다.

이번 연구는 마찰전기를 이용한 초소형 사물인터넷기기와 생체삽입형 소자와 같은 응용 소자의 상용화에 기여할 예정이다.

아주대 공동 연구팀은 마찰전기의 과학적 원리에 대한 불확실성과 디바이스 활용을 위한 신뢰성 문제를 해결하기 위해 양자역학 기반의 컴퓨터 시뮬레이션과 마찰전기 기반 전자소자를 제작, 전자와 이온의 흐름에 대해 연구했다. 연구팀은 대부분의 물질에서 전자들이 한 물질로 옮겨갔다가 돌아오지 못하면서(갇힌 전하 이론) 마찰전기가 발생하게 되는 것을 발견했고, 이런 현상이 마찰전기 대전열의 경향성과 잘 맞는 것을 확인했다.

특히 두 물질이 접촉할 때마다 이온의 분포가 바뀌기 때문에 마찰전기의 대전 경향성이 매번 달라질 수밖에 없다는 것을 확인했고, 이에 여러 물질을 바꾸고 동일한 실험을 여러 번 반복하는 통계적인 방법까지 활용해 증명했다.

조성범 아주대 교수는 “이번 연구는 마찰전기에 대한 오랜 난제를 규명한 연구로, 학술적인 진보에서 더 나아가 마찰전기를 이용한 여러 응용 소자들이 가지고 있는 신뢰성의 문제를 해결할 수 있을 것으로 본다”며 “그동안 신뢰성의 문제로 상용화에 어려움을 겪고 있던 초소형 IoT 기기와 생채 삽입형 소자 같은 마찰전기 에너지 수확 소자의 전원공급을 가능하게 해줄 것으로 기대한다”고 말했다.

한편 이번 연구는 물리학 분야 저명 학술지 ‘피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)’ 10월20일자에 ‘마찰전기의 불확실성과 재현 불가성에 대한 기계 화학적 메커니즘 연구’라는 제목으로 게재됐다. 조성범 아주대 교수와 정창규 전북대 교수가 교신저자로, 현재 영국 임페리얼 칼리지 런던(Imperial College London)의 마리퀴리 펠로우로 재직 중인 줄리오 파티(Giulio Fatti) 박사가 제1저자로 참여했다.

양휘모 기자 return778@kyeonggi.com