차세대 웨어러블 기기 전기 공급·동작 감지 등 기능 기대 [대학저널 온종림 기자] 성균관대학교 성균나노과학기술원 안성필 교수와 전일 교수 연구팀이 압전고분자 나노섬유와 고순도 탄소나노튜브가 코어 물질로 구성된 실리콘 탄성중합체 기반의 에너지 수확이 가능한 다기능성 투명 복합소재를 개발했다.
투명 나노발전기 제작에는 은 나노와이어 또는 전기전도성 고분자가 전극으로 사용된다. 그러나 금속 기반 복합소재는 본연의 빛 반사 및 산란으로 인한 불투명성 이슈를 지니고 있으며, 고분자 기반 복합소재는 전기전도성과 기계적 강성이 부족한 문제가 있었다.
성균관대 연구팀은 압전 고분자 P(VDF-TrFE)를 전기방사기술로 머리카락 굵기의 200분의 1 수준인 직경 500nm의 나노섬유를 제작한 후, 실리콘 기반 탄성중합체(PDMS)와 혼합하여 고투명 복합소재를 개발했다. 그리고 통상적인 방법과 차별화된 에어로졸-화학기상증착 (CVD) 합성법으로 제작된 투명 CNT 필름을 전극 소재로 활용하여 고투과성 및 우수한 기계적 특성을 가진 나노발전기를 개발했다.
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투명 압전 나노발전기 실제사진 및 공정 방법 개략도. |
개발한 고투명 압전 나노발전기는 상대적으로 약한 외력(운동에너지 F=10N)에서도 10V 이상의 준수한 전압을 발생하는 에너지 수확 성능을 보였다. 또한 약 5만회 이상의 반복적 외력 조건에서도 높은 에너지 수확 성능을 보여, 우수한 기계적 내구성과 안정성을 입증했다.
이는 신체 여러 부위에 부착해 움직임을 감지할 수 있을 뿐만 아니라, 변화하는 외력에 따라 전압 신호 또한 민감하게 발생하기 때문에 실시간으로 미세한 인체 움직임을 감지할 수 있다.
연구팀은 메타버스 및 가상/증강현실 분야에서 활발하게 응용될 것으로 기대했다.
이번 연구는 재료과학 분야 상위 5% 이내의 세계적인 학술지인 Advanced Functional Materials에 1월 18일자 게재됐다.
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