다층박막 기반 압전 나노발전기 소자 구현

국내 연구진이 바륨 티타네이트 나노입자와 고분자로 구성된 다층박막 필름을 만들고, 전기에너지를 생성하는 압전 나노발전기로 구현하는데 성공했다.

조진한 고려대 화공생명공학과 교수팀과 김상우 성균관대 신소재공학부 교수팀은 공동연구를 통해 직경 약 10nm(나노미터)의 바륨 티타네이트 나노입자와 고분자 재료를 반복적으로 쌓아올린 다층박막 필름을 제작하고, 이를 압전 나노발전기에 구현했다고 18일 밝혔다.

다층박막 기반 압전 나노발전기 소자 구현

연구팀은 일정하게 누르는 힘을 반복적으로 가해줌으로써 커패시터 도움 없이 LED 소자를 구동할 수 있는 수준인 1.8V의 출력전압과 700nA의 출력전류 발생을 확인했다.

압력이나 전기장에 의해 전기분극 방향을 바꿀 수 있는 바륨 티타네이트 나노입자는 압전소자나 비휘발성 메모리 등 다양한 전기 소자에 응용할 수 있다. 하지만 이를 위해서는 나노미터 스케일에서의 특성변화를 이해하는 것이 관건이다.

연구팀은 무극성 용매에서 박막을 조립함으로써 기존처럼 극성 용매인 물에서 조립할 때 나타날 수 있는 입자의 흡착량 감소나 누설전류 발생 문제를 완화했다. 고분자 대신 탄소나노튜브를 이용하면 리튬이온전지 등 다양한 에너지 저장소자에도 응용할 수 있을 것으로 기대된다.

조진한 교수는 “박막 두께나 사용된 나노입자 크기, 고분자 종류를 달리함에 따라 압전성능을 조절할 수 있어 다양한 에너지 소자로의 응용 가능성이 넓어질 것으로 기대된다”고 밝혔다.

연구결과는 재료분야 국제학술지 ‘어드밴스트 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Mateirals)’ 온라인판 8월 18일자에 게재됐고, 향후 인쇄판 속표지논문으로 게재될 예정이다.