우리 학회 회원인 DGIST 에너지공학과 이주혁 교수 연구팀과 한양대 생명나노공학과 이주헌 교수가 공동으로 움직임이 많은 일상 활동에서 활용할 수 있는 신축성 마찰대전 발전소자를 개발했다고 1월 12일 밝혔다.

 

▲ 왼쪽부터 이주혁 DGIST 에너지공학과 교수, 김민규 석사과정생

최근 반도체나 소형 전자부품 발전으로 웨어러블 디바이스와 바이오센서 등 다양한 장치가 개발되면서 에너지원이나 센서로 활용할 수 있는 마찰대전 발전소자가 주목받고 있다. 마찰대전 발전소자를 웨어러블 디바이스에서 사용하려면 인체에 접촉되는 소재가 무해하며 움직임으로 형태가 변형돼도 출력이 일정하게 나와야 한다.

 

하지만 기존 신축성 마찰대전 발전소자는 형태 변화가 발전소자 출력에 영향을 준다. 그 원인에 대해서는 명확하게 밝혀지지 않았다. 기존 제품과 같이 신축 등 형태 변형에 따라 출력이 변화하면 정밀한 감지에 제한이 발생하게 된다.

 

▲ 마찰대전 발전소자 제작 방법과 특성 관련 이미지

연구팀은 인체 움직임에도 일정한 출력을 낼 수 있는 안정적인 센서를 개발하기 위해 그래핀 전극과 폴리염화비닐 겔(PVC-gel)을 이용, 마찰대전 발전소자를 만들었다. 그래핀 기반 신축성 전극 변형률과 전기적 저항의 상관관계를 분석, 움직임으로 발생할 수 있는 변형률보다 높은 최대 50%의 신축에서도 터치와 압력에 의해 일정한 전기가 출력되도록 구현했다. 해당 연구에 사용된 소재들이 생체 안정성 평가도 통과해 실생활에도 활용 가능함을 확인했다.

 

이주혁 교수는 “기존 신축성 전극 기반 마찰대전 발전소자의 단점을 보완했으며 터치나 움직임에 따라 일정한 출력을 생성할 수 있는 기술을 개발하게 됐다”면서 “향후 정밀센서 분야에서 다양하게 활용되기를 기대한다”고 밝혔다.

과학기술정보통신부 한국연구재단(NRF)과 DGIST 센소리움 지원사업을 통해 수행된 이번 연구성과는 최근 에너지 공학 분야 저명 국제학술지 중 하나인 '나노 에너지(Nano Energy)'에 게재됐다.

 

■ 논문 정보
*제목: Stretching-insensitive stretchable and biocompatible triboelectric nanogenerators using plasticized PVC gel and graphene electrode for body-integrated touch sensor
*URL: https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.108159