이한얼 교수(공대 신소재공학부)가 인간의 작은 움직임만으로 구동이 가능한 '자가발전형 유연 디스플레이'를 개발했다.

이번 연구는 미국 UC버클리, KAIST 웨어러블 플랫폼소재 기술센터 연구팀과 공동으로 이뤄졌으며, 미국화학회의 ACS Energy Letters (Impact Factor: 23.101) [1] 최신호에 논문이 게재됐다.

최근 주목받고 있는 에너지 하베스팅은 우리 주변에서 낭비되는 에너지를 수집하여 전기 에너지로 변환하는 유용한 신재생 에너지 기술이다. 연구팀은 이번 연구에서 사람의 작은 움직임에서 발생하는 마찰로 전기 에너지를 생산할 수 있는 ‘고성능 마찰전기 나노발전기’를 개발했다.

연구팀에 의해 개발된 마찰전기 나노발전기는 ‘실록산 (Siloxane) 기반의 솔-젤 하이브리드’ 물질이 핵심이다. 이 물질은 유기 및 무기재료가 갖는 각 장단점을 보완한 물질로, 유연성, 우수한 가공성, 내마모성 및 절연성 등 수많은 장점을 갖는 물질이다. 또한 물질의 합성방법에 따라 유전상수 (Dielectric constant)를 자유롭게 조절할 수 있어, 마찰전기 출력량을 극대화할 수 있었다.

연구팀은 개발된 마찰전기 나노발전기와 다수의 미니LED 및 유연한 구동회로를 집적하여, 신개념 에너지 하베스팅 & 디스플레이 일체형 소자를 구현하였는데, 이는 단일 소자에서 에너지를 생산함과 동시에 디스플레이를 구현할 수 있다는 장점이 있다. 또한 센서, 반도체 소자 등 다양한 전자소자와 집적이 가능하여 그 범용성 또한 뛰어나다고 볼 수 있다.

이한얼 교수는 자가발전형 유연 디스플레이 외에도 올해 6월 장기간 사용 가능한 '웨어러블 헬스모니터링 패치'를 개발하는데 성공해 Science Advances (IF=14.136) [2]에 연구 성과를 발표한 바 있다. 이 연구성과에서 가장 눈에 띄는 점은, 패치를 피부에 1주일 이상 부착하고 사용함으로써 정확한 생체신호를 장기간 분석 가능하다는 점이다.

이한얼 교수는 "자가발전형 전자소자 시스템과 웨어러블 패치 관련 연구성과들을 바탕으로, 생체모니터링 뿐만 아니라 질병치료까지 가능한 자가발전형 웨어러블 패치를 개발할 계획"이라며 후속 연구 계획을 밝혔다.

한편, 이번 연구성과는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙) 지원으로 한국연구재단이 추진하는 이공분야 기초연구 기본연구 사업 및 나노·소재기술개발사업의 지원을 받아 수행되었다.

<논문>
[1] Self-Powered Flexible Full-Color Display via Dielectric-Tuned Hybrimer Triboelectric Nanogenerators. ACS Energy Letters 6 (2021): 4097-4107.
[2] Long-term reliable physical health monitoring by sweat pore–inspired perforated electronic skins. Science Advances 7.27 (2021): eabg8459.