▲ 포스텍 김진곤 교수
가정마다 냉장고 한쪽에 꼭 자리하고 있는 친근한 식자재인 달걀의 껍데기와 거센 바람과 폭우에도 쉽게 끊어지지 않는 탄력 좋은 거미줄을 이용해 전기를 생산할 수 있게 된다
. 국내 연구팀이 거미줄 섬유와 달걀껍질의 단백질을 이용해 친환경 압전소자를 제작하는 데 성공했다.
POSTECH 화학공학과 블록공중합체 자기조립연구단 김진곤 교수, 산딥 마이티(Sandip Maity) 박사 연구팀은 인도 카락푸르공대(Indian Institute of Technology Kharaqpur) 카투아(Khatua) 교수 연구팀은 공동연구를 통해 생분해성 천연 재료인 달걀껍질, 거미줄을 사용해 생체적합성 나노발전소자를 개발했다.
이 연구는 압전 및 정전기 발전 소자의 전력 효율을 높였고, 이를 바탕으로 생체 적합성 재료로 인체 모니터링 센서도 개발했다. 이 연구는 에너지 분야 권위지인 어드밴스 에너지 머터리얼스(Advanced Energy Materials)지 3월 6일 자 표지 논문(front cover)으로 발표됐다.
걷거나 뛸 때 발바닥이 바닥을 누르면 생기는 에너지, 우리 몸의 체열, 손으로 가볍게 누르는 힘까지, 그냥 버려지는 이 모든 에너지를 전기로 바꿔 쓰는 기술이 에너지 하베스팅(energy harvesting)이다. 이 기술이 상용화된다면 간단한 소자를 부착해 걸어가면서 혹은 자판을 두드리는 에너지로 휴대전화를 충전할 수 있는 등 전자기기의 사용 효율이 획기적으로 높아지게 된다.
하지만 생체의학 디바이스처럼 사람의 몸에 직접 붙이거나 생체 내에서 사용되는 디바이스에는 효율이 높고 생체 적합한 발전 소자가 꼭 필요하다. 기존에 사용되었던 유기·무기 물질은 생분해성이 아니었고, 비용도 비싸고 독성을 갖고 있어서 생체에 적합하지 않다는 한계가 있었다. 많은 양의 전자폐기물로 인한 환경 오염도 문제였다.
연구팀은 이런 문제를 해결하기 위해 일상생활에서 볼 수 있는 생분해 가능하고 생체 적합한 자연 재료에 주목했다. 이렇게 선택된 재료가 달걀 껍질과 거미줄 섬유였고 이곳에서 얻을 수 있는 단백질과 다당류를 사용해 압전소자를 제작할 수 있었다.
특히 거미줄은 줄 형태의 특성상 수직 방향의 힘뿐만 아니라 구부리는 힘, 인장력으로도 전기 생산이 가능했다. 또 전자재료 폐기물 문제를 해결하는 데도 도움이 될 것으로 예상된다. 이 연구팀은 셀룰로스 섬유질은 양파껍질에 대한 압전 효과를 발표하기도 했다.
POSTECH 김진곤 교수는 “이번 연구성과는 풍부하고 다양한 자연 재료 자체로 전기를 생산할 수 있는 발전 소자를 개발했다는 것에 의의가 있다”라며 “인체 모니터링 센서와 같은 차세대 생체의학 디바이스 개발의 기반이 될 것”이라며 기대감을 밝혔다.
;)
;)
;)
