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휴대 전자기기용 나노발전기 개발현황

전문가 제언: ○ 개인 휴대 통신의 보급이 빠르게 진행되고, 실시간 건강관리 및 질병의 조기 진단, 실시간 환경 감시 방안에 대한 요구가 증가하고 있다. 이에 따라 마이크로 전기기계 시스템 기술을 기반으로 휴대용 전자기기나 센서 네트워크, 인체이식형 생물의학 소자 등을 구동하는데 필요한 전력을 외부전원 없이 자체적으로 지속적으로 공급하는 방안에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

○ 독립적인 나노시스템의 동작에 필요한 전력은 주변 환경이나 신체의 움직임, 즉 미세한 공기의 흐름, 햇빛, 생활 소음, 차량의 진동, 심장박동, 혈류, 근육의 수축, 보행 등을 에너지원으로 할 수 있다. 다양한 랜덤 에너지를 전기에너지로 변환하는 데는 압전 나노와이어에 기반을 둔 나노발전기가 유망하다. 미 조지아공대 왕종린 교수팀은 2006년 압전 ZnO 나노와이어 어레이를 이용하여 나노발전기의 개념을 시연했으며, 이후 나노발전 분야에서 괄목할 만한 연구 성과를 내고 있다.

○ 국내에서도 나노, 바이오, 전기전자 등 앞선 기술을 바탕으로 각 대학 및 연구소에서 융합연구가 활발히 진행되고 있다. KAIST는 2010년 압전 세라믹 나노박막물질을 이용한 고효율 나노발전 기술을 개발하고, 2012년에는 압전 나노입자인 티탄산화바륨과 비표면적과 전기전도성이 큰 탄소나노튜브나 산화 그래핀을 폴리머와 혼합한 나노복합체를 이용한 나노발전기 제조 원천 기술을 개발했다. ETRI는 ‘생체기반 에너지 수확과 전력전송 기술 개발’ 프로젝트를 진행하고 있다.

○ 성균관대는 2010년 나노와이어 다발을 이용해 소리를 전기로 바꾸는 기술을, 2012년 n형 압전 반도체 물질 ZnO와 p형 폴리머 물질 P3HT를 나노구조로 접합한 유기물/무기물 혼성 구조의 압전 에너지 발전 소자를 개발했다. 교과부의 ‘글로벌 프론티어’ 사업의 일환으로 서울대, 포스텍, 성균관대, KAIST, ETRI, 기계연구원, 화학연구원, 삼성종기원 등이 첨단 융합원천기술 개발을 진행하고 있다. 모든 연구 개발이 효율적으로 진행되어 실용화가 앞당겨질 수 있기를 기대한다.

저자: Zhong Lin Wang, Guang Zhu, Ya Yang, Sihong Wang, and Caofeng Pan
자료유형: 학술정보