나노기술 및 정책 정보

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부산대학교(총장 차정인)는 나노과학기술대학 나노에너지공학과 황윤회·오진우 교수 연구팀이 신동명 홍콩대 교수 연구팀과 주변 환경의 자극으로부터 스스로 전기를 만들어 낼 수 있는 바이오 물질 나노발전기의 압전(piezoelectric)특성과 변전(flexoelectric)특성을 효과적으로 구분할 수 있는 측정 시스템 개발에 성공했다고 25일 밝힘.

압전특성과 변전특성은 음전하와 양전하로 분극돼 있는 물질에 물리적 변형이 생겼을 때 전기를 생산할 수 있는 특성을 말함.

바이오 물질은 인체 독성이 없어 각광받고 있지만, 전기적 분석 단계에서 고온의 열처리 과정을 거쳐야하기 때문에 나노발전기 적용을 위한 전기적 특성 파악에 어려움이 있어 왔음. 부산대 연구팀이 이번에 열처리 없이 사극 전극과 샌드위치 전극을 이용해 바이오 물질 나노발전기의 전기적 특성을 분석해낸 것임.

웨어러블 소자·생체 삽입 전자 장치들이 지속적으로 개발됨에 따라 이러한 장비들에 효과적으로 전력을 공급할 수 있는 나노발전기에 관한 연구가 최근 활발하게 진행되고 있음.

나노발전기는 사용자 발전(UCP, User Created Power) 기술을 이용한 초소형 발전기로 얇고 잘 휘어지는 폴리머 기판에 산화아연 소재의 나노와이어를 붙인 구조로 나노발전기를 부착한 생물체가 움직일 때마다 와이어가 이리저리 구부러지면서 전류가 흐르는 형태를 말함.

높은 발전 효율을 가지는 무기물 기반의 나노발전기들은 생체 독성을 가지거나 생체 독성이 완전히 규명되지 않은 물질들이 많음. 각종 바이오 물질들은 이러한 무기물 기반 나노발전기를 대체할 수 있으나 전기적 특성이 완벽히 규명되지 않은 경우가 대부분이었음. 이는 일반적으로 전기적 특성 분석에 사용되는 방법들이 고온의 열처리를 필요로 하고 바이오 물질들은 대부분 고온에 약하기 때문인데, 이러한 배경에서 연구팀은 열처리 없이 전기적 특성을 분석하는 시스템 개발에 나서게 됨.

물질에 압력이 가해지거나 변형이 일어났을 때 전기를 생산하는 압전특성 및 변전특성은 웨어러블 디바이스와 결합해 소형 전자 장비로 개발하기 매우 적합한 물리 현상임. 이번 연구의 핵심은 기존 무기 소재 기반의 압전·변전 물질 대신 친환경 바이오 물질(M13 박테리오파지)을 사용해 바이오 물질의 압전특성과 변전특성을 구분한 것임.

연구팀은 “친환경 바이오 소재의 엄밀한 물성 분석 기술을 제시함으로써 앞으로 다가올 바이오일렉트로닉스(생체전자공학) 시대의 시작점을 알리고자 한다”고 밝힘.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 미래소재디스커버리사업 및 중견연구자과제를 통해 수행된 이번 연구는 ‘Nanogenerators facillitated piezoelectric and flexoelectric characterizations for bioinspired energy harvesting materials’라는 논문명으로 에너지 소재 분야의 세계적 학술지인 <나노 에너지(Nano energy)> 온라인판에 게재됐으며, 3월호에 출판될 예정임.