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‘우리가 많이 사용하는 스마트폰 등의 휴대기기가 인체 움직임과 마찰만으로 충전이 된다면?’
휴대기기를 사용하면서 누구나 한번쯤 떠올린 상상이 현실에서 이뤄질 수 있는 연구 결과가 전북대학교 연구진에 의해 발표돼 비상한 관심을 끌고 있다.
전북대학교 나창운 교수팀(공대 고분자·나노공학과)은 지난 3년 동안의 연구 끝에 ‘CNT-SnS 나노소재’를 기반으로 세계 최고 수준의 발전 성능을 구현할 수 있는 ‘마찰전기형 나노발전기’ 개발에 성공했다고 23일 밝혔다.
석사과정 연구생인 신원재, 김해란, 박사과정생인 박창신, 박사후 연구원인 S. Paria, 이기쁨, S. Mondal 박사 등이 함께 이뤄낸 성과다. BK21 Plus 사업 및 소부장 사업 지원을 받아 이뤄졌다.
연구결과는 세계적 저널인 『Journal of Materials Chemistry A』(IF: 14.511, 재료분야 상위 3%) 온라인 최신판에 ‘Fabrication of a single-crystalline SnS-based piezo-assisted efficient single-electrode triboelectric nanogenerator for energy harvesting and sensing applications’란 제목의 논문으로 게재됐다.
나 교수팀은 외부 응력이 가해지면 전기를 발생시키는 무기계 압전소자 중 납을 포함하지 않아서 독성이 낮은 황화주석(SnS)을 활용하여 압력은 물론 마찰력으로 전기를 생산할 수 있는 세계 최고 수준의 나노발전기 개발에 성공했다.
핵심 기술은 다층 구조의 SnS를 초음파를 이용한 간단한 처리공정을 거쳐 단결정 층 구조(Single Layer Crystal)로 제어하는 것이다. 아울러 카본나노튜브(CNT)를 전극으로 활용하기 때문에 나노발전기의 유연성도 확보했다는 장점이 있다.
나노 발전기는 압력과 마찰력에 반응하면서도 유연성까지 있기 때문에 웨어러블 등에 접목하면 다양한 인체 움직임을 통해 전기를 생산하고, 휴대용 전자제품을 실시간으로 충전할 수 있다.
나창운 교수는 “주기적 충전을 해야 하는 휴대용 전자제품의 불편을 획기적으로 개선하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있지만 발전 효율에 한계가 있다”며 “개발된 나노발전기가 더욱 고도화된다면 전자제품의 주기적 충전의 한계를 크게 극복해 산업계 파급효과가 클 것으로 기대하고 있다”고 말했다.
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