일상생활 속 에너지 재활용(압전섬유), 식물의 꽃과 줄기 모양에서 해답을 찾다!
- 압전섬유의 구성성분의 형태와 압전성능 간의 관계 규명
- 일상생활에서 버려지거나 소모되는 에너지를 재활용할 수 있는 에너지 하베스팅 섬유소재의 상용화 앞당겨
□ DGIST(총장 국양) 에너지융합연구부 임상규 책임연구원 연구팀은 일상생활에서 버려지거나 소모되는 에너지를 재활용할 수 있는 에너지 하베스팅 기술이 활용 가능하도록 단면형태가 균일하게 제어된 압전고분자/세라믹 복합 섬유를 개발했다.
□ 압전섬유는 소재의 압전효과를 기반으로 전기 에너지를 생산할 수 있는 섬유로서 착용자의 움직임을 통해서 웨어러블 전자기기를 구동할 수 있다. 하지만 현재까지 개발된 압전섬유의 형태는 대부분 나노섬유 형태로 이루어져 섬유의 형태 조절이 어렵고 섬유의 강도가 약한 단점이 있어 아직 실용화 단계까지는 이르지 못하고 있다. 또한 섬유소재의 형태와 압전성능의 관련성을 규명한 연구는 극히 미미한 실정이다.
□ 에너지융합연구부 임상규 책임연구원 연구팀은 용융방사 기술을 이용하여 식물의 꽃과 줄기 형태(수선화, 무꽃, 파피루스줄기, 사초 줄기)를 모사한 단면 형태가 균일하게 제어된 나노막대 형태의 타이타늄산바륨이 함유된 PVDF(Polyvinylidene fluoride) 섬유를 제조하였다. 이를 통해 섬유의 표면적을 향상시키는 동시에 전기를 생성하는데 유리한 섬유의 결정성(crystallinity)을 증가시켜 압전 성능을 향상시킨다는 것을 규명하였다.
□ 또한 섬유의 형상에 따른 비표면적이 압전효과와의 상관관계를 초고속카메라를 이용하여 규명하였다. 압전세라믹 PVDF 복합섬유는 외부 힘에 의한 변형에 따라 전기적 신호가 발생하는데, 압전세라믹의 형태에 따라 압전성능이 다름을 규명하고자 각기 다른 형태(구형, 막대형)의 타이타늄산바륨 나노구조체가 함유된 PVDF 섬유를 제조하였고, 이를 비교한 결과 막대형태의 타이타늄산바륨 나노구조체가 유전분극을 극대화하고 배열에 유리한 압전성능 향상에 기여함을 규명하였다.
□ 임상규 책임연구원은 “향후 해당 연구를 통해 섬유의 강도가 강화된 고성능 섬유형 에너지 하베스팅 소재를 상용화를 구현할 수 있을 것으로 전망된다.”고 밝혔다.
□ 한편, 이번 연구 결과는 국제학술지 나노에너지(Nano Energy) 6월호에 게재됐다.