각종 휴대용, 웨어러블 전자기기의 자가발전 장치로 기대되는 나노발전기에 빛을 검출하는 능력이 더해졌다. 제주대 김상재 교수 연구팀이 안티모니 요오드화황(SbSI) 화합물 소재를 사용해 다기능 감광성 압전 나노발전기를 개발하면서다.

2일 한국연구재단에 따르면, 김 교수팀은 압력 ‧ 진동에 의한 자가발전과 광검출 특성을 동시에 갖는 새로운 강유전성 나노소재를 활용해 나노발전기를 한층 발전시켰다.

소재로 쓰인 SbSI은 3원계 반도체족 물질로 압전, 반도체, 광반응 특성 등 다양한 기능을 가졌다. 이를 사용해 처음으로 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.

압전효과란 원자가 규칙적으로 정렬된 결정에 일정한 방향으로 압력을 가하면 전기적 분극이 일어나는데, 이 원리에 의해 압력이나 진동을 가하면 전기가 발생하는 효과를 말한다.

나노발전기는 아주 작은 크기의 물질을 이용해 인체의 움직임과 같이 주변에서 흔히 발생하는 기계적 에너지로부터 전기 에너지를 얻는다. 발전기가 작고 가벼우며 구동회로가 단순화 ‧ 집적화될 수 있어 착용형 ‧ 휴대용 ‧ 신체이식형 기기 개발에 적합하다.

김상재 교수는 이번에 개발된 SbSI 나노발전기에 대해 "자체발전, 감광성 압전 특성, 광스위칭 및 응답특성, 자가발전 및 센싱소자의 일체화 등 차별화된 특징이 있다”며 ”광트랜지스터, 광검출기 등 차세대 광스위칭 소자뿐만 아니라 전력공급이 어려운 지역의 화재경보 및 초미세먼지 모니터링 시스템 등 사물인터넷(IoT) 리모트 센서에 적용될 수 있다“고 설명했다. 

이번 연구는 과학기술정보통신부 · 한국연구재단 기초연구사업(중견연구)의 지원으로 진행됐다. 연구 성과를 담은 논문(논문명 : Photoactive Piezoelectric Energy Harvester Driven by Antimony Sulfoiodide (SbSI): A AVBVICVII Class Ferroelectric-Semiconductor Compound)은 국제학술지 '나노에너지(Nano energy)' 8월호에 실렸다.

송강섭 기자 successnews@successnews.co.kr

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