다층박막 기반 압전 나노발전기 구현기술 개발 (09.18)

다층박막 기반 압전 나노발전기 구현기술 개발
국내연구팀, 나노입자와 고분자 다층 박막필름 만들어 전기생성

 

 

 

▲ 층상 조립된 다층박막을 기반으로 하는 압전 나노발전기에 대한 모식도와 층수 변화에 따른 출력전압과 전류데이터.<이미지=한국연구재단 제공>

 

 

국내연구팀이 바륨 티나네이트 나노입자와 고분자로 구성된 다층 박막필름을 만들고 이를 압전 나노발전기로 구현하는데 성공했다.

한국연구재단은 조진한 고려대 화공생명공학과 교수, 김영훈 박사(제1저자), 김상우 성균관대 신소재공학부 교수, 이근영 박사 연구팀이 직경 약10nm의 바륨 티나네이트 나노입자와 고분자 재료를 반복적으로 쌓아 올린 다층박막 필름을 제작하고 이를 압전 나노발전기로 구현했다고 18일 밝혔다.

연구팀에 의하면 실제 일정하게 누르는 힘을 반복적으로 가해 커패시터의 도움없이 LED 소자를 구동할 수 있는 수준인 1.8V의 출력전압과 700nA의 전기 발생도 확인했다.

압력이나 전기장에 의해 전기분극 방향을 바꿀 수 있는 바륨 티타네이트 나노입자는 압전소자나 비휘발성 메모리 등 다양한 전기 소자에 응용할 수 있다. 하지만 나노미터 스케일에서는 특성의 변화를 완전히 이해하는 것이 관건이었다.

연구팀은 무극성 용매에서 박막을 조립함으로써 기존처럼 극성용매인 물에서 조립할 때 나타날 수 있는 입자의 흡착량 감소나 누설전류 발생 문제를 완화했다.

이번 성과로 고분자 대신 탄소나노튜브를 이용하면 리튬이온전지 등 다양한 에너지 저장소자에도 응용될 전망이다.

이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 중견연구자지원사업(도약)의 지원으로 수행됐다. 또 재료분야 국제학술지 어드밴스드 펑셔널 머티리얼스지 온라인판 8월 18일자에 게재 됐다.

조 교수는 "박막의 두께나 사용된 나노입자의 크기, 고분자의 종류를 달리함에 따라 이러한 압전을 조절 할 수 있어 다양한 에너지 소자로 응용가능성이 넓어 질 것"이라고 기대했다.

한편 압전 나노발전기는 외부에서 기계적 에너지를 가하면 전기적 에너지로 전환 시킬 수 있는 소자다.