투명하고 유연한 에너지 소자 개발

이주형 DGIST 교수팀
마찰전기로 발전에 촉각 센서로 활용 가능

[아시아경제 김봉수 기자] 미래의 컴퓨터나 스마트폰은 어떤 모습일까? 지금처럼 별도의 '장비'를 가지고 다니지 않고 옷, 안경, 피부 등을 인터페이스·디스플레이·하드디스크로 활용하는 세상이 올 전망이다. 특히 옷처럼 착용 가능한 유연한 웨어러블 장비에 대한 연구가 본격화되고 있다.

3일 한국연구재단에 따르면, 이주형 대구경북과학기술원(DGIST) 교수 연구팀이 최근 신축성 폴리염화비닐 고분자 겔을 응용한 마찰전기 나노발전기를 구현해 정전기로부터 얻은 에너지로 위치와 압력을 인식할 수 있는 촉각센서를 개발했다. 투명하고 신축성 있는 고분자 겔 단일층으로 구성됐다. 에너지 발전 소자로 기계적 에너지를 수확할 수 있을 뿐 아니라, 전극 그리드 패턴 없이도 임의의 위치를 터치하면 그 위치를 감지할 수 있는 촉각센서로도 구현 가능하다.

최근 웨어러블, 스트레처블 전자기기의 다양화로 인해 신축성 있는 전자기기를 구현하려는 시도가 활발해지고 있으며, 이에 활용 가능한 전원 공급 장치의 개발 또한 활발하게 이루어지고 있다. 특히 마찰전기 나노발전기는 압력, 진동, 풍력 등의 버려지는 에너지를 수확해 전기에너지로 변환할 수 있는 소자로써 전원 공급 장치로의 활용 가능성에 대해서도 주목을 받고 있다.

하지만 기존의 마찰전기 나노발전기는 기판, 전극, 유전소재 등 최소 2가지 이상의 층으로 이루어져 있어 두께가 두꺼울 뿐 아니라 유연성이나 투명성에 제한이 있으며 복잡한 제작공정을 이용해왔다.

연구팀은 가소제가 포함된 폴리염화비닐 겔을 사용해 투명하면서도 매우 잘 늘어나는 한 개 층의 고출력 마찰전기 나노발전기 개발에 성공했다. 이는 기계적 에너지를 전기 에너지로 효율적으로 변환할 수 있을 뿐만 아니라, 접촉에 의한 에너지 발전 효율도 향상됨을 확인했다. 촉각센서의 위치 감지를 위해 필수적인 전극 그리드 패턴 없이도 접촉 거리에 따라 마찰전기 출력이 변하는 특성을 활용, 접촉한 위치나 압력 등의 감지가 가능한 촉각 센서로의 활용 가능성을 보였다.

연구팀은 "개발한 에너지 발전 소자가 투명하고 잘 늘어나는 특성을 가지고 있어 미래 유연전자소자의 에너지원으로 활용 가능성을 기대하고 있다"면서 "구조적으로 간단해 공정비용을 낮출 수 있어 향후 지속적인 연구를 통해 AR/XR 등 가상현실, 전자스킨, 웨어러블 장치 관련 분야에도 적용 가능할 것으로 기대하고 있다"고 밝혔다.

이번 연구 결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’에 지난 5월26일 온라인 게재됐고 표지 논문으로 선정됐다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr