동국대·금오공대·성균관대, 온도 고민감성 마찰대전 나노발전기 개발

고분자-이온성 액체 기반 복합 물질 적용
국제저명학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)' 게재

[서울=뉴시스]전수현 인턴 기자 = 동국대는 물리학과 정권범 교수 연구팀이 금오공과대 기계공학부 황희재 교수, 성균관대 기계공학부 최덕현 교수와 함께 '고분자-이온성 액체 기반의 고출력 실시간 온도 감지 센서 기술'을 개발했다고 3일 밝혔다.

최근 다양한 IoT(Internet of Things) 기기들이 관심을 받고 있으나 배터리의 무게와 잦은 재충전, 전자기기 발열로 인한 성능 저하 등 IoT 기기 활용에 제약이 있다.

이에 외부 전원 없이 독립적으로 작동하고 기기의 온도 감지가 가능한 웨어러블 기기에 관심이 높아지고 있다.

TENG는 유망한 에너지 변환 장치로 간단한 생산 방식, 가벼운 구조, 저렴한 가격으로 주목받고 있다. 그러나 기존 TENG는 온도가 증가함에 따라 표면대전층이 공기 중으로 방출돼 출력이 감소하고 기기에 무리가 가해진다는 한계가 있었다.

이에 연구팀은 유리 전이 온도 부근에서 고분자 내부 행렬인 매트릭스(matrix)가 변화(microphase separation)하는 열경화성 폴리우레탄과 온도에 따라 유동성이 달라지는 이온성 액체를 혼합했다.

이를 통해 형상기억 고분자-이온성 액체 복합재 기반의 TENG, 노트북(matlab)을 활용해 주변 온도를 실시간으로 알려주는 고출력/고성능 온도 센서를 개발했다.

이온성 액체-고분자 TENG는 신축성과 유연성, 부드러움, 투명성 등 장점을 가지고 있다. 또한 온도가 높아짐에 따라 내부 고분자 matrix가 변화하면서 고분자 내 이온들의 유동성 증가 및 출력 증가 특성을 보였다.

결과적으로 작은 신체 활동으로도 웨어러블 기기 사용을 위한 에너지를 효율적으로 수확할 수 있었다.

해당 센서는 실제 상용화된 온도계와 동일한 수준의 온도 정보를 실시간으로 감지하며, 배터리를 충전할 수 있는 성능을 보여줬다. 더해 20번의 반복 실험에서도 우수한 성능을 발휘했다.

한편 이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자, 세종과학펠로우십 사업의 지원을 받아 수행됐다.

☞공감언론 뉴시스 soooo@newsis.com

사회