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신소재공학부 백정민 교수 연구팀, 비접촉 방식의 고출력 마찰 발전기 개발
-  C60 기능화 폴리이미드를 도입하여 비접촉 방식의 마찰 발전기 개발
- 국제적 학술지 Energy & Environmental Science 2021년 1월 온라인 게재

[그림] 신소재공학부 백정민 교수

 신소재공학부 백정민 교수 연구팀이 UNIST 에너지화학공학과 양창덕 교수, 이준희 교수 연구팀과 함께 C60으로 기능화된 폴리이미드를 개발하여 비접촉 방식의 고출력 나노발전기를 개발했다. 

서로 다른 두 물질이 마찰할 때 발생하는 접촉 대전(contact electrification) 현상을 이용하여 주변의 기계적인 에너지를 유용한 전기에너지로 변환하는 마찰 발전기는 소형전자기기의 전원공급에 이용되고 있으며, 전자 피부, 터치스크린, 의료 기기 및 보안 시스템에서 순간적인 자극을 감지하는 데에도 사용되고 있다.

그러나 두 표면 사이의 물리적 접촉은 재료 마모로 인한 출력 전력의 감소, 기기 교체 필요성, 작동으로 인한 소음 등의 문제점이 제기되어 왔다. 이러한 문제를 해결하기 위해 최근에는 비접촉 방식의 마찰 전기 발전기가 대안으로 부상하고 있으나, 두 소재 사이의 거리가 증가함에 따라 전기 출력이 감소하는 문제가 있다.

이에 연구진은 위의 한계를 돌파하고 소재에 높은 전하 포집 특성을 부여하고자 탄소 동소체인 C60을 선정하여 이전 연구에서 개발한 폴리이미드에 펜던트(pendent) 형태로 도입했다. 그 결과 PFA 불소수지 기반의 나노발전기에 비해 4.3배 더 높은 출력과 3배 높은 전하유지효율의 성능을 나타냈다.

나아가 연구진은 우수한 특성을 바탕으로 세계 최초로 비접촉 방식의 도어락과 자동차 스피드센서에 적용해 우수한 성능과 소자 안정성을 선보였다. 본 연구에서 개발한 탄소 동소체를 보유한 소재의 경우, 실제 어플리케이션 도입의 가능성과 비접촉 마찰 소자의 수준이 높았다.

백정민 교수는 “본 연구는 향후 비접촉시 고효율 에너지 수확기술은 물론, 바이러스 확산 방지를 위한 다양한 nontact 센서 기술에도 응용이 가능해, 코로나바이러스감염증-19와 같은 바이러스 확산을 방지할 수 있다”고 밝혔다.

본 연구는 2017년 12월 삼성미래육성사업 후속과제로 선정돼 지원을 받았으며, 국제적 학술지 Energy & Environmental Science에 2021년 1월 온라인 게재되었다.
    ※ 논문명 : Sustainable highly charged C60-functionalized Polyimide in non-contact mode triboelectric nanogenerator
    ※ https://doi.org/10.1039/D0EE03057K