친환경 소재인 사이클로덱스트린을 이용해 개발한 금속유기골격체는 골격체 내부에 다양한 화학물질을 탑재할 수 있는 능력도 함께 갖춘 소재다. 이를 활용해 새로운 개념의 나노발전기 제작에 큰 영향을 줄 것으로 기대된다.

DGIST에 따르면 기계적 에너지를 전기에너지로 전환하는 압전(壓電), 마찰전기 나노발전기는 웨어러블 의료기기, 사물인터넷 센서, 자가발전 전자시스템 등 다양한 분야 적용이 기대되는 유망기술이다. 특히 ‘마찰전기 나노발전기(TENG)’는 표면 간 접촉으로 발생하는 마찰전기 대전현상과 정전기적 유도현상을 바탕으로 전기적 에너지를 생성한다.

하지만 기존 TENG의 효율성을 위해 사용해온 세라믹 나노 복합재료는 환경 문제와 생체 적용에 적합하지 않다는 한계점이 있었다.

DGIST 김회준 교수팀은 약물전달에 많이 쓰이는 사이클로덱스트린 소재의 금속유기골격체를 활용, 고효율 마찰전기 나노발전기를 개발했다. 사이클로덱스트린은 먹을 수도 있는 무독성이며, 인체 삽입도 가능한 친환경 소재다.

김 교수팀은 사이클로덱스트린 소재의 금속유기골격체를 이용해 만든 3개의 마찰전기 나노발전기판들을 서로 연결시킨 Z모양의 유연한 나노발전기를 제작했다. 제작된 나노발전기는 가방이나 신발과 같은 사물이나 신체 부위에 고정, 움직임이 발생할 때 3개의 나노발전기판이 서로 유연하게 접혀 발생하는 마찰에너지를 전기에너지로 전환, 에너지를 저장한다. 이렇게 저장된 에너지는 계산기, 손목시계 같은 작은 전자기기를 작동시킬 수 있을 만큼 충분하다.

김회준 교수는 “단순히 발전기소자만을 개발하는 것에 멈추지 않고 실제 응용 분야에 맞는 소자 개량을 통해 실생활에서 사용 가능한 나노발전기 개발을 목표로 연구를 계속할 것”이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 재료 학술지인 ‘Advanced Functional Materials’ 4월 19일자 온라인에 게재됐다. 또 내달 발간 예정인 저널의 표지논문으로 선정됐다.