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자가 전원 구동 나노센서 및 나노시스템

전문가 제언: ○ 어떤 종류의 결정체에 외부에서 물리적인 힘을 가하면 내부에 전계가 발생하는 것을 압전효과라 하며, 이를 이용한 압전 소자의 응용분야는 전기 기계적 센서, 구동장치, 마이크로폰, 스피커, 초음파 탐지기, 발진기, 초음파 모터, 마이크로 저울, 가속도계, 응력계 등 무궁무진하다. 압전효과를 이용한 나노발전기의 개념은 2005년 미국 조지아공대 왕종린 교수팀에 의해 처음 제시되었다. 왕 교수팀은 2009년 압전 소재인 ZnO 나노와이어를 이용하여 나노발전기를 개발했으며, 이 기술은 MIT 테크놀로지 리뷰에 ‘세계를 놀라게 할 10대 기술’에 선정되었다.

○ 2010년 카이스트 신소재공학과 이건재 교수팀은 왕종린 교수팀과 함께 ZnO보다 압전특성이 10~30배 우수한 티탄산바륨을 이용하여 고효율의 나노발전기를 개발했다. (주)에이엠엔티는 김재환 인하대 기계공학과 교수와 협력하여 생체모방 종이 작동기를 응용한 압전 종이를 개발했다. 성균관대 신소재 공학부 김상우 교수는 삼성전자종합기술원과 같이 100nm의 나노선 다발을 두 개의 기판사이에 배열하여 소리를 전기로 바꾸는 기술을 개발하는 등, 각계에서 새로운 소재 및 응용분야를 찾기 위한 연구 개발이 진행되고 있다.

○ 나노기술의 미래는 개개의 나노소자들을 생물과 같이 감지, 통신, 제어 및 반응을 하는 나노시스템으로 통합하는 데 초점이 맞추어질 것이다. 체내 삽입이 가능한 바이오센서, 원격이동 환경 센서, 나노로봇, 마이크로 전기화학시스템, 휴대용 또는 착용이 가능한 개인용 전자장치 등의 극소형화, 고성능화를 위해서는 나노전원을 필요로 하며, 무선으로 독립적으로 지속적으로 동작할 수 있는 자가 전원 방식이 새로운 나노기술의 전형이 될 것이다.

○ 나노시스템의 동작에 필요한 전기는 주변 환경이나 신체의 움직임, 즉 미세한 공기의 흐름, 햇빛, 생활 소음, 차량의 진동, 심장박동, 근육의 수축, 혈류, 보행 등을 에너지원으로 할 수 있다. 응용 분야별 시스템과 에너지원의 속성에 대한 면밀한 분석을 토대로 모든 연구 개발이 효율적으로 진행되어 실용화가 앞당겨질 수 있기를 기대한다.

저자: Zhong Lin Wang
자료유형: 학술정보