사람 몸이나 옷에 부착할 수 있는
웨어러블 의료기기 동력원 등 활용가능
대구경북과학기술원(DGIST, 디지스트) 김희준(왼쪽 1번째) 로봇공학전공 교수와 연구진들. 디지스트 제공
대구경북과학기술원(DGIST, 디지스트) 연구팀이 친환경소재를 활용한 ‘마찰전기 나노발전기’를 개발했다. 저전력 전자기기의 에너지원이나 자가발전 의료기기의 센서 등에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
디지스트 김희준 로봇공학전공 교수 연구팀은 금속유기골격체를 탑재한 마찰전기나노발전기를 개발했다고 7일 밝혔다. 골격체 내부에 다양한 화합물질을 넣을 수 있어 이를 활용해 새로운 개념의 나노발전기 제작에 도움을 줄 전망이다.
마찰전기 나노발전기는 몸이나 신체에 부착하는 웨어러블 의료기기나 사물인터넷 센서, 자가발전 전자시스템 등에 적용할 수 있는 전원으로 각광받고 있다. 웨어러블 장치에 마찰전기 나노발전기를 장착하면 별도의 전원공급 없이 사람이 움직이는 것만으로 의료기기 등을 작동하는데 필요한 전력을 반영구적으로 생산할 수 있다.
마찰전기 나노발전기(TENG, Triboelectric Nanogenerator)’는 표면 간 접촉으로 발생하는 마찰전기 대전현상과 정전기적 유도현상을 바탕으로 전기적 에너지를 생성한다. 하지만 기존 TENG의 효율성을 위해 사용해온 세라믹 나노 복합재료는 환경문제와 생체적용에 적합하지 않다는 한계가 있다.
김희준 교수팀은 약물 전달에 많이 쓰이는 사이클로덱스트린(Cyclodextrin) 소재의 금속유기골격체를 활용해 고효율 마찰전기 나노발전기를 개발하는데 성공했다. 사이클로덱스트린은 친환경 소재로, 심지어 먹을 수도 있을 만큼 독성이 없고 당연히 인체에 삽입할 수도 있다.
김 교수팀은 사이클로덱스트린 소재의 금속유기골격체를 이용해 만든 3개의 마찰전기 나노발전기판들을 서로 연결시킨 Z모양의 유연한 나노발전기를 제작했다. 제작된 나노발전기는 가방이나 신발과 같은 사물이나 신체 부위에 고정, 움직임이 발생할 때 3개의 나노발전기판이 서로 유연하게 접혀 발생하는 마찰에너지를 전기에너지로 전환, 에너지를 저장한다. 이렇게 저장된 에너지는 계산기, 손목시계 같은 작은 전자기기를 작동시킬 수 있을 만큼 충분해, 향후 다양한 활용이 기대된다.
김희준 교수는 “로봇적용 촉각센서를 연구하며 압전, 마찰전기 나노발전기에 관심을 갖게 됐다”며 “단순히 발전기소자만을 개발하는 것에 멈추지 않고 실제 응용분야에 맞는 소자 개량을 통해 실생활에서 사용가능한 나노발전기를 개발하겠다”다고 피력했다.
이번 연구는 국제적 재료 학술지인 ‘어드밴스트 펑셔널 머티리얼(Advanced Functional Materials)’ 4월19일자 온라인판에 게재됐다. 7월에 발간할 저널 표지논문으로 선정됐다.
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