KAIST 이건재 교수
휴대폰이나 심장에 이식한 미세 로봇이 배터리 충전 없이 영구적으로 작동할 수는 없을까? 공상과학 영화에서나 나올 법한 이런 일들이 머지않아 가능해질 전망이다.
한국과학기술원(KAIST, 총장 서남표)은 8일 신소재공학과 이건재 교수팀이 압전특성이 우수한 세라믹 박막물질을 이용해 심장 박동, 혈액 흐름과 같은 미세한 움직임으로도 전기를 만들 수 있는 새로운 형태의 유연한 나노발전기술을 개발했다고 밝혔다.
압전특성이란 가스레인지의 점화스위치 작동원리와 같이 압력이나 구부러짐의 힘이 가해질 때 전기가 발생되는 것을 말하는데, ''페로브스카이트(perovskite)'' 구조를 가지는 세라믹 물질들이 높은 효율을 나타내지만 깨지기 쉬운 성질 탓에 유연한 전자 장치로의 활용이 불가능했다.
구부러지는 유연한 나노박막물질
이 교수팀은 높은 압전특성을 가지면서 깨지지 않고 자유롭게 구부릴 수 있는 ''세라믹 나노 박막 물질''을 만들어 바이오-환경 친화적인 고효율 나노발전기술을 개발하는데 성공했다.
이 교수가 2004년 세계 최초로 공동 발명한 ''고성능 단결정 휘어지는 전자소자''를 토대로 세라믹 나노박막물질을 유연한 플라스틱 기판 위에 옮겨 외적인 힘이 주어질 때마다 신소재 압전물질로부터 전기를 얻을 수 있도록 한 게 이번 기술의 핵심이다.
나노기술과 압전체가 만나 만들어지는 나노발전기술은 전선과 배터리 없이도 발전이 가능해 휴대용 전자제품 뿐만 아니라 몸 속에 집어넣는 센서나 로봇의 에너지원으로도 사용이 가능하다. 응용기술 여하에 따라 얼마든지 활용영역이 넓어질 수 있는 것이다.
이건재 교수는 "미세한 바람, 진동, 소리와 같이 자연에서 발생되는 에너지원과 심장 박동, 혈액 흐름, 근육 수축·이완과 같이 사람 몸에서 발생되는 생체역학적인 힘을 통해 전기를 생산할 수 있게 됨으로써 꿈의 무공해·무한 에너지원이 될 수 있다"며 "이 나노발전기술의 회로구조를 변형하면 LED발광도 이루어 질 수 있다"고 설명했다.
이번 연구 결과는 나노과학기술(NT) 분야의 세계적 권위지인 ''나노 레터스(Nano Letters)'' 11월호 온라인 판에 게재됐고, 국내·외에 특허 출원됐으며, 이 교수팀은 논문의 공동저자로 참여한 미국 조지아 공대 왕종린(Wang, Zhong Lin) 교수팀과 동물 이식형 나노발전기 생체실험을 후속 연구로 진행하고 있다.