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[ 왼쪽부터 중앙대 기계공학부 이상민 교수, 문학성 학생, 김반석 학생, 중앙대 대학원 기계공학과 정지훈 학생 ]
우리대학 기계공학부 이상민 교수, 학부 4학년 문학성 · 김반석 학생, 대학원 기계공학과 정지훈 학생의 연구 논문 “회전스프링 기반의 중첩과 펄럭임 구동을 이용한 휴대용 마찰대전 나노발전소자(Stack/flutter-driven self-retracting triboelectric nanogenerator for portable electronics)”가 에너지 분야의 세계적 학술지 ‘나노 에너지(Nano Energy)’(* IF=11.553, JCR 상위 5%)에 게재됐다.
버려지는 에너지로 전기를 생산해 공급하는 에너지 수확(Energy Harvesting) 기술이 주목을 받고 있는 가운데, 서로 다른 두 표면이 마찰할 때 일어나는 정전기와 정전기 유도 현상을 이용한 마찰대전 나노발전기(Triboelectric Nanogenerator)는 간단한 제조공정, 저렴한 제작비용, 높은 전력밀도를 가지고 있어 직접적 전원이나 자가발전 센서 등으로의 연구 개발이 진행 중이다.
이상민 교수 연구팀은 기존의 발전방식이 일회성이라는 단점을 극복하기 위해 우리 주위에서 쉽게 볼 수 있는 줄자의 운동에서 착안, 한 번의 움직임으로 다중의 전기적 출력을 얻을 수 있으며 뛰어난 공간효율성을 가진 휴대용 마찰대전 나노발전기를 개발했다.
[ 볼펜 형태의 마찰대전 나노발전기 ]
이 에너지 발전소자의 원리는 내부에 회전스프링이 연결된 원통에 붙인 시트를 당기는 순간 회전스프링에 저장된 탄성에너지가, 시트를 놓는 동시에 다양한 운동을 발생시키고 이때 대전 물질인 시트가 전극과 맞닿으면서 전기를 생산하는 것이다. ‘중첩 효과’라는 발전 원리를 회전형 디자인으로 적용한 것으로써 적은 변위의 변화에도 많은 전기를 생성할 수 있다. 또한 볼펜 같은 원통실린더 형태의 디자인으로 소자의 구동부, 출력부까지 하나로 합할 수 있어 공간 효율성이 높다는 것이 장점이다.
문학성 학생은 “김반석 · 정지훈 학생과 함께 연구한 내용이 좋은 결과를 얻게 되어 기쁘다”며, “연구 진행과정에서 많은 도움을 주신 이상민 지도교수님께 감사드리고 2017년 중앙대 대학원에 진학한 후에도 좋은 성과를 얻을 수 있도록 더욱 열심히 노력하겠다”고 소감을 밝혔다.
이상민 교수는 “이번 연구 결과는 기존의 마찰대전소자에 비해 높은 공간 활용도를 가지고 있어 앞으로 소형 스마트 디바이스, 휴대용 충전기 등 다양한 분야에서 응용할 수 있을 것으로 기대된다”고 전했다.
* IF(Impact Factor) : 학술지의 영향력 지수로 특정 학술지에 게재된 논문이 다른 학술지에 게재된 정도를 수치화한 것
