겨울철 옷을 입거나 물건을 만질 때 생기는 마찰전기를 활용하면, 외부 전원 없이 발광다이오드(LED) 전구에 불을 밝히고 고전압 플라즈마도 만들 수 있다. 우리 연구진이 '마찰대전 나노발전기(TENG)'를 활용해 마찰전기 출력을 극대화 했다.
한국생산기술연구원(원장 이낙규)은 한국기술교육대, 성균관대와 함께 마찰대전 나노발전기 전극 구조를 '마이크로 톱니' 형태로 만들고, 전극 방전 특성을 이용해 마찰전기 출력을 극대화하는 원천기술을 개발했다고 3일 밝혔다.
개발 기술은 5000볼트(V) 이상 고전압을 구현한다. 알루미늄판을 가공할 때 생기는 '알루미늄 울(wool)을 활용했다. 알루미늄 울 가장자리는 마이크로미터(㎛) 크기 톱날 형태가 연속된 구조로 돼 있어, 전극이 접근하면 스파크 방전 효과가 발생한다. 전극이 뾰족할수록 스파크 방전이 쉽게 이루어지며 출력 또한 극대화된다.
연구팀은 이를 토대로 마이크로톱니 형태 전극을 만들고 스파크 방전이 지속되게 하는 증폭 장치를 독자 설계·제작했다.
이 장치는 증폭 전보다 약 25배 이상 전압 출력, 120배 이상 전류 상승을 유도하는 것으로 나타났다. 연구팀은 고전압 상태를 가시화해 보여주는 크룩스관의 형광체 발광 실험과 진공상태에서 플라즈마가 지속적으로 생성되는 현상을 검증했다.
조한철 생기원 박사는 “마찰대전 나노발전기는 반영구적으로 활용 가능한 미래기술”이라며 “향후 상용화되면 지나가는 사람들의 운동·마찰에너지로 어두운 골목길, 등산로 전구를 밝히는 것부터 고전압 플라즈마를 활용해 공기 중 바이러스·세균 제거까지 다양한 실생활 분야에서 국민 편의와 안전 제고에 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.
한편, 이번 연구는 한국연구재단에서 주관하는 신진, 기초연구 및 나노미래소재원천기술개발 사업의 지원을 받아 수행됐다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
