성균나노과학기술원의 안성필 교수(왼쪽부터)와 김기용 박사과정생, 이상수 박사과정생, 전일 교수의 모습./성균관대학교 제공[박광준 기자] 성균관대학교(총장 유지범) 성균나노과학기술원의 안성필 교수와 전일 교수 공동연구팀이 압전고분자 나노섬유와 고순도 탄소나노튜브가 코어 물질로 구성된 실리콘 탄성중합체 기반의 에너지 수확이 가능한 다기능성 투명 복합소재를 개발했다.

기존 연구에서는 투명 나노발전기를 제작키 위해 은 나노와이어나 전기전도성 고분자를 전극으로 사용했다. 금속기반 복합소재는 빛 반사와 산란 작용으로 불투명하다는 점이 단점이었다. 고분자 기반 복합소재는 전기전도성과 기계적 각성이 부족하다는 한계가 있었다.

공동연구팀은 압전 고분자 P(VDF-TrFE)를 전기방사기술로 머리카락 굵기의 200분의 1 수준인 직경 500㎚의 나노섬유를 제작한 후, 실리콘 기반 탄성중합체(PDMS)와 혼합해 고투명 복합소재를 개발했다. 기존 방법과 차별화된 에어로졸-화학기상증착(CVD) 합성법으로 제작된 투명 CNT 필름을 전극 소재로 활용, 고투과성을 가진 나노발전기를 개발했다.

이번 연구에 사용된 전기방사 기술과 에어로졸-CVD 합성법은 제조 방법이 간편하고, 공정 규모를 쉽게 확장할 수 있다. 연구팀은 이번 연구에 대해 간단한 화학적 도핑법으로 CNT 전극의 전도성을 3.1배 향상할 수 있었다고 설명했다.

개발한 고투명 압전 나노발전기는 상대적으로 약한 외력에서도 10V 이상의 전압을 발생하는 에너지 수확 성능을 보였다. 5만회 이상의 반복적인 외력 조건에서도 에너지 수확 성능이 높았고, 기계적 내구성과 안정성을 입증해 상용화에 대한 기대감도 높였다.

이번 연구는 한국연구재단 이공분야기초연구사업과 우수신진연구사업의 지원을 받아 수행됐다. 김기용 성균나노과학기술원 박사과정이 제1저자, 이상수 박사과정이 공동제1저자로 참여한 이번 연구 논문은 지난달 18일 재료과학 분야 상위 5% 이내의 세계적인 학술지인 ‘Advanced Functional Materials’에 게재됐다.