동국대 물리학과 정권범, 테크레브라한 교수 연구팀이 명지대 기계시스템공학부 박용태 교수와 함께 형상 적응형 에너지 수확 및 촉각 감지 센서 기술을 개발했다고 밝혔다.
뉴시스 보도에 따르면, 이번 연구는 고온에도 안정적인 액체 전해질 기반 마찰대전 나노발전기(Triboelectric Nanogenerator, TENG) 기술로 주목받고 있다.
최근 인체에 통합된 소형 웨어러블 기기가 개인의 건강 관련 중요 정보를 측정하는 등 다양한 IoT 기기들이 관심을 받고 있다. 하지만 배터리의 무게와 잦은 재충전 등 IoT 기기 활용에 제약이 있어, 외부 전원 없이 독립적으로 작동할 수 있는 웨어러블 기기에 대한 관심이 높아지고 있다.
연구팀은 "TENG는 간단한 생산 방식, 가벼운 구조, 저렴한 가격으로 주목받는 유망한 에너지 변환 장치"라며 "유연하며, 변형 가능하고, 고온 조건에서도 안정적인 액체 기반 TENG 개발을 목표로 했다"고 밝혔다.
액체 기반 TENG는 액체 전극을 유연한 마찰 전기층 외피가 감싸는 구조를 갖는다. 또한 마찰 전기층 사이에 물리적 공기 간극이 없어 피부에 장착하는 전자 장치에 원활하게 통합할 수 있다.
기존 액체 기반 TENG는 액체 금속 사용 시 부족한 투명성, 수용액 사용 시 고온에서의 증발 및 기능성 저하와 같은 단점이 있었다.
연구팀은 문제를 해결하기 위해 낮은 증기압과 열 안정성이 특징인 저비용 전해질 폴리에틸렌이민(branched polyethyleneimine)과 재생이 가능한 생분해성 용매인 choline chloride/glycerol 심층 공융 용매(deep eutectic solvent)를 액체 전극으로 사용했다.
연구 결과, TENG는 100℃에서 24시간 동안 노출된 후에도 안정적인 출력 성능을 보였다.
또한 연구팀은 액체 기반 TENG를 활용해 접촉 지점을 감지하는 자가 구동식 4x4 어레이 촉각 센서를 개발했다. 이 센서는 단일 액체 기반 TENG 구조 내부에 마찰대전 음극층과 마찰대전 양극층이 통합돼 있으며, 기존에 감지할 수 없었던 소재 및 재료에서 가해지는 압력까지 감지할 수 있다.
이번 연구 결과는 TENG 연구의 확장 및 다양한 소프트 전자 센서의 발전에 기여할 것으로 기대된다.
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