세라믹기술원·성균관대 "머리카락의 마찰전기 유도 원리 모사"

한국연구재단은 한국세라믹기술원 조성범 박사·성균관대 방창현 교수 연구팀이 마찰전기의 효율을 크게 높일 수 있는 에너지 소자를 개발했다고 13일 밝혔다.

최근 체열로 충전하는 스마트 워치, 차량 진동으로 충전하는 스마트폰처럼 진동이나 열, 바람 등 일상생활에서 버려지는 자투리 에너지를 수확해 전원으로 활용하는 '에너지 하베스팅'(Energy Harvesting) 산업에 대한 관심이 커지고 있다.

특히 고집적·저전력이 요구되는 사물인터넷(IoT)과 웨어러블 헬스케어 분야에서 저전력 전자기기는 핵심 기술이라 할 수 있다.

이 가운데 물체의 접촉으로 발생하는 마찰 전기를 이용한 나노 발전기도 활발히 연구되고 있지만, 두 물체가 수직 방향으로 접촉해야만 반응해 효율을 높이는 데 한계가 있다.

연구팀은 모든 방향의 움직임으로부터 에너지를 수확할 수 있는 머리카락을 닮은 나노미터(㎚·10억분의 1ｍ) 굵기의 구조체를 고안했다.

이 머리카락 모양 구조체를 마찰전기 소자 위에 붙여 수직 방향 움직임 뿐만 아니라 수평 방향 움직임도 진동으로 바꿔 감지할 수 있도록 했다.

이렇게 만든 소자를 옷감에 붙이자 구겨진 지폐를 펴는데 필요한 힘의 5분의 1 정도에 불과한 0.2Pa(파스칼) 이하의 아주 적은 수평 방향의 힘에도 반응하는 것이 확인됐다.

또 옷깃이 흔들릴 정도의 작은 바람에도 마찰 전기가 발생했다.

머리카락이 물체와의 직접적인 접촉 없이 바람과 같은 비 접촉성 움직임에도 진동으로 마찰 전기를 유도하는 원리를 모사했다고 연구팀은 설명했다.

조성범 박사는 "초소형 사물인터넷 기기와 생체 삽입형 소자에 전원을 공급하는 기기 개발에 기여할 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '어드밴스드 머티리얼즈'(Advanced Materials) 지난 13일 자에 표지논문으로 실렸다.

/연합뉴스