▲ 자가발전과 광검출 동시구현 가능한 SbSI 압전나노발전기의 모식도

국내 연구진이 스스로 발전하며 빛에 반응해 각종 휴대용, 웨어러블 전자기기의 자가발전 장치로 활용이 기대되는 나노발전기를 개발했다. 

한국연구재단(이사장 노정혜)은 김상재 제주대학교 교수와 연구팀(유바스리 프루소다만, 나가말레스와라 라오알루리, 아룬구말 찬다르세카르 박사과정생)이 안티모니 요오드화황(SbSI) 화합물 소재로 ‘다기능 감광성 압전 나노발전기’를 개발했다고 지난 2일 밝혔다.

나노발전기는 인체의 움직임과 같이 주변에서 흔히 발생하는 기계적 에너지로부터 전기 에너지를 수확한다. 작고 가벼운 장점으로 착용형·휴대용·신체이식형 전자소자에 적응이 가능하다.

하지만 아직까지 나노발전기는 기초 연구수준에서 LED, LCD 혹은 소형장치를 동작시킬 수 있는 전력을 생산하는 등 가능성만 입증된 상태이다.

이에 연구팀은 압력·진동에 의한 자가발전과 광검출 특성을 동시에 갖는 새로운 강유전성 나노소재를 활용해 나노발전기를 한층 발전시켰다.

소재로 쓰인 SbSI은 3원계 물질로서, 압전, 반도체, 광반응 특성 등 다양한 기능이 있다. 해당소재로 처음 제작된 압전나노발전기는 2N(뉴턴)의 작은 외력에도 5V(볼트), 150nA(나노암페어)의 전류를 생성하고, 적색 빛을 조사했을 때 0.1~0.01초 만에 반응하는 뛰어난 광스위칭 속도를 보였다.

일반적인 압전 에너지소재는 절연성 때문에 센서로서의 활용에 제한이 있었으나, 산화아연과 같은 압전-반도체-광특성을 동시에 가지는 소재의 출현은 하이브리드 에너지수확기, 스마트센서 등의 압전-광전자공학소자의 실현이 기대된다.

김상재 교수는 “개발된 SbSI 나노발전기는 자체발전, 감광성 압전 특성, 광스위칭 및 응답특성, 자가발전 및 센싱소자의 일체화 등 차별화된 특징이 있다”라고 밝혔다.

이어 ”광트랜지스터, 광검출기 등의 차세대 광스위칭 소자 뿐 만 아니라, 전력공급이 어려운 지역의 화재경보 및 초미세먼지 모니터링 시스템 등의 IoT 리모트 센서에 적용될 수 있다“라고 연구의 의의를 설명했다.

한편, 이 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(중견연구)의 지원으로 수행됐다. 권위있는 국제학술지 나노에너지(Nano energy)에 8월호 논문으로 게재됐다.