성균관대학교(총장 신동렬) 신소재공학부 김미소 교수 연구팀(제 1공동저자 김다빈 연구원)이 대기 중 수분을 이용하여 섬유형 자가발전 모션 센서를 개발했다.

기계적 변형에 의해 전기를 생산할 수 있는 압전 소재 중 압전 고분자 섬유 소재는 납을 포함하지 않아 환경친화적이며 유연한 특성이 있어 의료용이나 웨어러블 자가발전 센서로 주목을 받고 있다. 하지만 납을 포함하고 있는 압전 세라믹 소재에 비해 성능이 떨어지는 한계가 있어, 이를 극복하기 위해 소재의 화학적 물성을 제어하여 압전 성능을 향상시키는 연구가 활발히 진행되어 왔다.

이에 연구팀은 압전 소재의 구조적인 측면에 주목해, 구조 제어가 압전 섬유 자가발전 센서 소자의 성능을 향상시킬 수 있는 방법을 제시하였다. 동일한 압전 섬유소재라도 표면에 다공성을 가지는 구조로 제작하면 훨씬 더 우수한 압전 센서 성능을 구현할 수 있다는 점을 이론으로 확인했다. 

실험적인 검증을 위해 대기 중 수분을 이용하여 다공성 표면을 유도할 수 있는 공정 조건을 파악했고, 이를 전기를 이용하여 섬유를 제작하는 전기방사(electrospinning) 방법과 결합해 다공성 압전 고분자 섬유 소재를 성공적으로 제작했다. 다공성 표면을 가진 압전 고분자 섬유를 이용하여 기존보다 훨씬 뛰어난 압전 전압 및 전력 성능을 가지는 자가발전 모션 센서를 구현할 수 있었다.

김미소 교수는 “대기 중 수분을 이용한 다공성 구조 제어 방법은 압전 섬유 기반의 자가발전 모션 센서의 성능 향상 뿐 아니라 다공성 고분자 압전 소재 개발의 원천기술을 확보한 점이 의미가 있다”고 덧붙였다. 

본 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구지원사업(중견연구), 미래소재디스커버리사업 및 나노소재기술개발사업의 지원으로 수행되었다. 연구성과는 국제 학술지 ‘Small’(IF=13.281)에 최근 온라인 게재되었으며, 정식 출간본 표지로 선정되었다. 

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