한국세라믹기술원(원장 정연길)은 조성범·고현석 연구원과 정창규 전북대 교수 연구팀이 공동으로 세라믹 소재 마찰전기 원리를 규명하고 새로운 관점을 제시했다고 30일 밝혔다.
마찰전기는 2500년 전 처음 알려졌고, 그 원리는 프린터, 집진기, 마스크 등 상업적으로 널리 활용되고 있다. 물질이 양극과 음극으로 분리되는 이 현상은 그동안 이론적 이해 없이 대부분 실험 결과에 의존했다. 세라믹 소재도 이론적 복잡성과 실험의 어려움 때문에 알려진 바가 거의 없다.
연구팀은 세라믹 소재 마찰전기 이론을 규명하고자 마찰전기 생성과정을 '접근-접촉-후퇴' 3단계로 나누어 검증했다.
그 결과 마찰전기 크기를 결정하는 요소에 대한 비밀을 풀었다. 에너지 장벽이 클수록 마찰전기도 큰 것으로 측정됐다. 물체에 있던 전자는 접촉 단계에서 에너지 장벽을 넘어갔으나 후퇴 단계에서는 에너지 장벽에 막혀 원래 자리로 되돌아가지 못했다. 돌아가지 못하고 남아있는 전자 양이 많을수록 마찰전기는 더 강해져 에너지 장벽의 크기가 마찰전기 전하량에 큰 영향을 미친다는 것을 입증했다.
기존에는 마찰전기가 커지려면 전자 양이 중요하다는 가설에 따라 마주치는 두 물체 사이의 보이지 않는 에너지 장벽이 낮을수록 마찰전기 양도 클 것이라고 생각했다.
조성범 연구원은 “마찰전기 원리에 대한 기존 통념과 상반되는 관점으로 향후 마찰전기 에너지 하베스터 소재 선정에 있어 새로운 척도를 제공할 것으로 기대한다”고 말했다.
이 연구 성과는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 이공분야 기초연구사업, 산업통상자원부 아이세라믹 지원사업으로 수행됐다. 미국화학회 에너지레터 8월호에 실렸다.
진주=임동식기자 dslim@etnews.com
