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메카트로닉스 공학과 김상재 교수팀 자가발전 빛반응 에너지수확기 개발

메카트로닉스공학과 김상재 교수 연구팀(유바스리 프루소다만, 나가말레스와라 라오알루리, 아룬구말 찬다르세카르 박사과정생)이 안티모니 요오드화황(SbSI) 화합물 소재를 사용해 다기능 감광성 압전 나노발전기를 개발했다.

각종 휴대용, 웨어러블 전자기기의 자가발전 장치로 기대되는 나노발전기에 빛을 검출하는 능력이 더해진 것이다.

나노발전기는 아주 작은 크기의 물질을 이용해 인체의 움직임과 같이 주변에서 흔히 발생하는 기계적 에너지로부터 전기 에너지를 수확한다. 발전기가 작고 가벼우며 구동회로가 단순화ㆍ집적화될 수 있어 착용형ㆍ휴대용ㆍ신체이식형 기기에 적용될 미래지향적 기술이다.

연구팀은 압력ㆍ진동에 의한 자가발전과 광검출 특성을 동시에 갖는 새로운 강유전성 나노소재를 활용해 나노발전기를 한층 발전시켰다.

소재로 쓰인 SbSI은 3원계 물질로서, 압전, 반도체, 광반응 특성 등 다양한 기능이 있다. 이를 사용해 처음으로 제작된 압전나노발전기는 2N(뉴턴)의 작은 외력에도 5V(볼트), 150nA(나노암페어)의 전류를 생성하고, 적색 빛을 조사했을 때 0.1~0.01초 만에 반응하는 뛰어난 광스위칭 속도를 보였다.

김상재 교수는 “개발된 SbSI 나노발전기는 자체발전, 감광성 압전 특성, 광스위칭 및 응답특성, 자가발전 및 센싱소자의 일체화 등 차별화된 특징이 있다”고 말했다.

그러면서 “광트랜지스터, 광검출기 등의 차세대 광스위칭 소자 뿐 만 아니라 전력공급이 어려운 지역의 화재경보 및 초미세먼지 모니터링 시스템 등의 IoT 리모트 센서에 적용될 수 있다”고 연구의 의의를 설명했다.

이 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(중견연구)의 지원으로 수행됐으며 권위있는 국제학술지 나노에너지(Nano energy) 8월호 논문으로 게재됐다.

이숭신 기자  webmaster@jejunu.ac.kr

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