[데일리비즈온 김소윤 기자] 국내 연구진이 마찰전기 발생효율을 기존 대비 40％ 이상 증가시키는 터치센서를 개발했다. 센서로 모든 공간이 연결되는 사물인터넷(IoT) 시대에 배터리를 능가할 에너지로 주목된다.

◇ 연구팀 “마찰전기 발생효율 높였다” 

10일 한국과학기술연구원(KIST)에 따르면 전북분원 기능성복합소재연구센터 이승기 박사 연구팀이 전북대 신소재공학부 정창규 교수와 공동연구를 한 결과 종잇장과 같이 평면 형태를 갖는 이황화 몰리브덴에 주름 구조를 형성해 터치센서를 개발했다.

통상적으로 마찰전기 발생장치로 충분한 전기를 발생시키기 위해서는 장치의 크기가 크고 무거워져 입을 수 있는 전자기기에 적용할 수 없었던 실정이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 원자 한층 수준의 얇은 두께, 높은 물리적 특성을 가지는 이차원 반도체 물질을 마찰전기 발생장치의 활성층으로 적용하는 연구가 주목된다.

마찰전기가 발생할 때는 접촉하는 두 물질의 종류에 따라 발생하는 전기의 세기가 다르다. 이차원 물질은 전기를 유도하기 위해 접촉시키는 절연체 물질과 전하를 제대로 주고받지 못한다. 이에 마찰전기를 통해 생산하는 에너지의 출력이 현저히 낮은 문제가 가지고 있다는 설명이다.

공동연구팀은 이차원 반도체 물질인 이황화 몰리브덴의 특성을 조절하고 구조를 변경시켜 마찰전기 발생효율을 높였다. 반도체 공정에서 사용되는 강한 열처리 공정을 통해 소재를 구겼다. 이에 내부응력이 인가된 주름진 소재를 개발했다.

이렇게 만들어진 소재는 주름 구조로 단위면적당 접촉 면적이 넓어졌다. 기존 이황화 몰리브덴보다 40% 정도 마찰전기 발생효율이 향상됐다. 아울러 1만 회의 반복 실험에서도 안정적인 마찰전기 출력을 유지했다고 연구팀은 밝혔다.

◇ 가볍고 유연한 무전원 터치센서 구조

이들은 개발된 주름진 이차원 소재를 터치패드나 디스플레이에 활용되는 터치센서에 적용했다. 배터리 없이도 구동할 수 있는 가볍고 유연한 무전원 터치센서를 개발한 것이다. 터치센서는 발전효율이 높아져 자극에 민감하게 반응한다는 설명이다. 이로 인해 전력이 없어도 터치 신호를 인식할 수 있다.

마찰 전기 연구와 관련 지난달엔 바람이 불면 유전체 사이의 금속층이 마찰하면서 전기를 일으키는 마찰 전기 소자가 개발됐다.

과학계에 따르면 정건영 광주과학기술원 신소재공학부 교수 연구팀은 바람 기반 마찰 전기 소자를 제작했다.

마찰 전기 소자는 유전체 필름의 기계적 움직임에 의해 필름과 전극 간 접촉 마찰로 발생한 정전기를 이용해 전기에너지를 만든다. 이로 인해 에너지를 연속으로 공급해 드론, 전기차의 보조적인 전원장치로 활용될 것으로 기대된다.

연구팀이 만든 소자는 유전체 필름 사이에 하부 전극에 연결된 금속층을 삽입해 바람으로 마찰한다는 설명이다. 유전체 사이 금속을 삽입해 전류를 기존 마찰 전기 소자 대비 10배 이상 늘렸다. 이로 인해 상용화에도 용이하다. 기존 소자는 전압에 비해 낮은 전류값을 지녀 상용화에 한계가 있었다.

이와 관련 “접근이 힘든 장소에서의 센서나 디스플레이 등에 적용될 것으로 기대한다”고 연구팀 관계자는 밝혔다.