강태준·정종훈 교수 공동연구팀, 10배 더 ...

기계공학과 강태준 교수·물리학과 정종훈 교수 공동연구팀,

성능 높고 다량 생산 가능한 초전소자 개발

언택트 인터페이스 개발에 활용 가능한 응용기술로 기대돼

 

초전현상에 기반한 고성능 근접센서를 개발한 공동연구팀. (왼쪽부터) 기계공학과 이준호 석사졸업생, 김형준 박사과정생, 물리학과 고영준 박사과정생, 정종훈 교수, 기계공학과 강태준 교수.

▲ 기계공학과 이준호 석사졸업생, 김형준 박사과정생, 물리학과 고영준 박사과정생, 정종훈 교수, 기계공학과 강태준 교수.

 

기계공학과 강태준 교수와 물리학과 정종훈 교수 공동연구팀이 온도 변화에 따라 전기가 발생하는 현상(Pyroelectric Effect, 초전현상)에 기반한 고성능 근접센서의 기능을 10배 높이는 소재를 개발했다.

 

공동연구팀의 논문은 우수한 연구결과를 인정받아 국제 저명 학술지인 ‘나노 에너지(Nano Energy, IF=17.881)’에 게재됐다.

 

초전소재는 온도가 변하면 전기가 통하기 때문에 적외선센서, 온도센서, 열에너지 수확 등 다양한 산업 분야에 활용된다. 신체에서 발생하는 근적외선 파장을 흡수해 열에너지로 변환하면, 체온을 전기에너지로 변환하는 웨어러블 에너지 수확 장치, 인간과 사물을 비접촉으로 이어주는 언택트 인터페이스 개발 등에 활용이 가능하다.

 

연구팀은 유연하며, 우수한 초전특성을 보이는 이소불화비닐(PVDF) 고분자에 빛을 열로 변환시키는 특성이 우수한 전도성 고분자를 합성한 새로운 초전소자를 제안했다. 개발된 소자는 이소불화비닐의 양면에 고분자 전구체(precursor, 고분자가 되기 바로 전 물질)를 도포해 만드는데, 고분자로 만드는 중합과정에서 열처리를 조절하는 간단한 방법을 통해 다공성 구조와 거친 표면을 가진 전도성 고분자 전극을 생성한다

 

개발된 초전소자는 액체로 작업하는 용액공정을 통해 만들어지기 때문에 한 번에 다량 생산이 가능해져 가격경쟁력도 확보할 수 있다. 또한 가시광선은 물론 근적외선 파장도 효과적으로 흡수하는 특성이 커 키오스크, 엘리베이터 버튼 등을 비접촉으로 구동할 수 있는 고성능 근접센서로 활용될 가능성도 나타냈다.

 

특히 이번 연구를 통해 전극을 통해 흡수된 열에너지와 초전소재를 통해 발생한 전기에너지의 성능을 범용적으로 평가할 수 있는 전극의 성능 인자를 새롭게 정의함으로써 해당 연구분야의 학술적 기반도 마련했다고 평가된다.

 

강태준 기계공학과 교수는 “제안된 소자의 우수한 성능을 바탕으로 산업적 응용 가능성 역시 크기 때문에 실생활에 비접촉 인터페이스의 구현을 앞당길 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

 

한편, 본 연구(논문명: Enhanced pyroelectric conversion of thermal radiation energy: energy harvesting and non-contact proximity sensor)는 과학기술정보통신부과 한국연구재단의 지원을 받아 수행되었다.

 

초전 근접센서의 개념도 및 작동 모습(손가락에서 발생한 근적외선이 초전소자에 의해 전기에너지를 발생시켜 LED가 켜진다.)

▲ 초전 근접센서의 개념도 및 작동 모습(손가락에서 발생한 근적외선이 초전소자에 의해 전기에너지를 발생시켜 LED가 켜진다.)