스스로 발전하고 빛에 반응하는 에너지수확기 개발

각종 휴대용, 웨어러블 전자기기의 자가발전 장치로 기대되는 나노발전기에 빛을 검출하는 능력도 더해졌다.

제주대 김상재 교수와 연구팀(유바스리 프루소다만, 나가말레스와라 라오알루리, 아룬구말 찬다르세카르 박사과정생)이 안티모니 요오드화황(SbSI* 화합물 소재를 사용하여 다기능 감광성 압* 나노발전기를 개발했다고 한국연구재단이 1일 밝혔다.

압전효과는 원자가 규칙적으로 정렬된 결정에 일정한 방향으로 압력을 가하면 전기적 분극이 일어난다.

이 원리에 의해 압력이나 진동을 가하면 전기가 발생하는 효과이다.

나노발전기는 아주 작은 크기의 물질을 이용해 인체의 움직임과 같이 주변에서 흔히 발생하는 기계적 에너지로부터 전기 에너지를 수확한다.

발전기가 작고 가벼우며 구동회로가 단순화·집적화될 수 있어, 착용형·휴대용·신체이식형 기기에 적용될 미래지향적 기술이다.

연구팀은 압력·진동에 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 사용하여 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”면서 ”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 수행되었다.

권위있는 국제학술지 나노에너지(Nano energy)*에 8월호 논문으로 게재되었다.

[e-mail] 조석장 기자