UNIST, '전기 신호 만드는 접착 필름 개발'

절개 구조 활용해 출력 13배·접착력 35배 향상된 발전 필름 개발

왼쪽부터 정훈의 교수, 이희진 연구원(제1저자), 강동관 연구원(제1저자), 강정화 연구원. UNIST 제공

UNIST 기계공학과 정훈의 교수팀은 접착력과 전기 출력을 동시에 조절할 수 있는 마찰전기 발전 필름을 새롭게 개발했다고 22일 밝혔다.

마찰전기 발전은 두 물질이 접촉했다가 분리될 때, 전하가 이동하면서 전기를 발생시키는 원리다. 연구팀은 이 원리를 접착 필름에 접목해 별도 전원장치 없이 붙였다 떼는 동작만으로 전기 신호를 만들어 낼 수 있게 했다.

이 필름에는 ‘ㄷ’자 형태의 절개 패턴이 새겨져 있어, 기존 필름보다 접착력은 35배 이상, 전기 출력은 약 13배 더 강하다. 이 덕분에 손으로 눌렀다 떼거나, 물체가 살짝 떨어지는 등 짧고 단순한 움직임만으로도 필름에서 강한 전기 신호를 만들어낸다.

마찰전기 접착 필름의 구조와 전기신호 크기, 접착 강도 (i) 프로그래머블 메타 접착 TENG의 사진 및 컨셉 이미지 (ii) 평면 구조 TENG와 메타 접착 TENG의 전기 신호 비교 (iii) 평면 구조 TENG와 메타 접착 TENG의 접착 강도 비교. UNIST 제공

제1저자인 이희진 연구원은 “절개 패턴은 균열이 진행되는 방향을 제어하고, 순간적인 접착력을 높이는 역할을 한다”며 “특히 균열이 연결부에서 멈췄다가 반대 방향으로 다시 진행할 때 빠르게 분리되면서 전기 출력이 크게 증가하는 현상을 이용했다”고 설명했다.

또 절개 패턴의 방향과 배열을 바꿔 붙는 방향이나 위치에 따라 출력과 접착력이 달라지도록 설계할 수 있는 것도 이 필름의 장점이다.

연구팀은 실제 적용 가능성도 함께 확인했다. 필름을 문틈에 부착해 문이 열리는 순간 전기 신호를 발생시키고, 이 신호를 활용해 경고음을 울리는 시스템을 작동시켰다.

또 벽에 붙인 액자가 떨어지기 전, 박리 움직임을 감지해 스마트폰으로 경고를 전송하는 시스템도 만들었다. 컨베이어 벨트에 필름을 부착해, 정상 회전에는 반응하지 않고 역방향으로 돌 때만 전기 신호가 발생하도록 설계해 기계 이상 작동을 멈출 수 있도록 했다.

정훈의 교수는 “이번 기술은 접착 필름을 단순히 붙였다 떼는 도구가 아니라, 스스로 전기 신호를 만들어내는 스마트 센서로 전환한 것”이라며, “배터리 없이도 감지와 신호 생성을 동시에 수행할 수 있어 단순한 구조의 감지 시스템에 적합하고, 웨어러블 센서나 도난 방지 장치, 산업용 안전 시스템 등 다양한 분야로의 응용이 기대된다”고 말했다.

이번 연구는 세계적 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’에 2025년 6월 11일 게재되었으며, 한국연구재단과 과학기술정보통신부의 지원을 받아 수행됐다.

울산=하인식 기자 hais@hankyung.com