Energy & Environmental Science의 4월호 전면 표지 논문으로 게재

[보안뉴스 박미영 기자] 류정호 교수(영남대학교) 연구팀이 인체에 유해한 것으로만 인식돼 왔던 자기장 노이즈를 활용해 전기에너지로 변환하는 기술을 개발했고, 이는 4차 산업혁명 핵심 기술인 사물인터넷(IoT) 무선센서 네트워크의 자율 독립전원으로 상용화가 가능한 수준이라고 과학기술정보통신부(이하 과기정통부)는 밝혔다.

자기장 노이즈는 전력선·전자기기 등에서 발생하는 불필요한 전자기 신호로, 전기가 흐르는 도체 주변에는 항상 자기장 노이즈가 발생한다. 또 자율 독립전원은 기존의 배터리를 사용하는 대신 자체적으로 전기에너지를 발전시켜 배터리 교체가 필요없이 반영구적으로 사용 가능한 전원 기술을 말한다.

이번 연구팀은 미세한 자기장 변화에 따라 늘어나거나 줄어드는 금속 소재인 자왜 소자의 변형이 생기면 전기에너지를 발생시키는 압전 소재를 결합해 일상의 자기장 변화를 전기에너지로 변환시키는 기술을 개발했다. 자왜 소재는 자기장의 변화에 따라 변형이 발생하거나 압력을 주었을 때 자기적 특성이 변화하는 소재고, 압전 소재는 압력이 인가됐을 때 전압이 발생하거나 전압을 인가하면 변형이 발생하는 소재다.

압전 소재와 자왜 금속 소재의 결정방향에 따라 그 특성이 달라지는 원리를 활용해 자기장에 가장 민감하게 변화하는 결정방향으로 두 소재를 제작한 뒤, 이 두 소재를 하이브리드 인터페이스 결합 기술로 에너지 변환 소자를 설계했다. 그리고 IoT 무선 센서를 배터리 없이 지속적으로 구동하기에 충분한 수준인 mW 이상의 직류 전력을 발생시키는데 성공했다. 결정방향(crystal orientation)은 원자의 배열이 규칙적으로 이뤄진 결정질 소재에서 원자가 배열된 특정한 방향을, 하이브리드 인터페이스 결합은 두 가지 이상의 소재 사이에 생기는 경계면(인터페이스)에 새로운 기능을 부여해 다양한 특성을 부가하는 기술을 말한다.

하이브리드 인터페이스 기반 미래소재연구단 김광호 단장과 영남대 류정호 교수는 “관련 기술에 대해 국내, 미국, 유럽, 일본, 중국에 특허 권리를 확보했다”며, “지금까지 배터리를 사용해서 동작시키던 무선센서 네트워크를 배터리 없이 반영구적으로 구동할 수 있는 수준에 도달했기 때문에, 미래 4차 산업용 무선센서 네트워크의 자율 독립전원으로 광범위한 활용이 기대된다”고 연구 의의를 설명했다,

이 연구 성과는 과기정통부 글로벌프런티어사업을 중심으로 창의형 융합연구사업·재료연구소 주요 사업의 지원을 받아 수행됐다.

이번 연구 결과는 에너지 환경 분야 학술지인 Energy & Environmental Science의 4월호 전면 표지 논문으로 게재됐다.
[박미영 기자(mypark@boannews.com)]

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