건국대 연구팀이 극소규모 산화아연 막대의 진동에서 발생하는 전압으로 전기를 생산할 수 있는 마이크로 발전 소자를 개발했다.

건국대 물리학부 이상욱 교수 연구팀은 산화 아연 마이크로 선을 이용한 고효율 마이크로 발전 소자를 개발해 2014년 에너지와 재료 과학 분야 세계적 학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼스(Advanced Energy Materials)’지(영향력 지수(IF) 14.385)에 보고했다. 특히 이 연구는 캐나다 에너지컨설팅 회사 ‘리뉴어블 에너지 글로벌 이노베이션(Renewable Energy Global Innovation)’이 중요 학술 논문으로 선정, 재인용해 해외 학계의 관심을 끌고 있다.

건국대 연구팀은 논문에서 수 마이크로 미터 두께의 산화아연 막대를 공중에 매달아서 이 막대가 역학적 공명 진동을 할 때 산화아연의 압전 현상에 의해 전압이 발생하는 현상을 관찰해 산화아연 마이크로 선 소자의 나노 자가발전 가능성을 보고했다.

압전 현상은 물질의 구조가 기계적인 자극에 의해 변형될 때 전압이 발생하는 현상을 말한다.

현재까지 산화아연을 이용한 발전 소자 연구에서는 산화아연 소자의 외부에서 비교적 큰 힘을 가해 구조를 변형시켰을 때 생성되는 전압을 얻어내는 방식을 사용했다.

그러나 이 교수 연구팀은 산화아연 막대 하나가 수십 나노미터 이하의 매우 작은 진폭으로 진동하는 순간 산화아연의 압전 현상에 의해 전압이 발생하는 것을 검출했고 그 전압의 크기가 기존에 연구되었던 전압 값 수준 이상으로 높은 값을 가지는 것을 확인했다.

이를 통해 공중에 매달린 마이크로 선의 자연 진동에 의해서도 전압이 생성되어 궁극적으로 마이크로, 나노 자가발전 시스템이 개발 될 수 있는 가능성을 보여주었다.

이상욱 교수는 “이번 연구를 통해 지금까지의 마이크로 · 나노선 기반의 나노 발전 시스템의 효율성과 신뢰성 문제를 해결할 수 있을 것으로 전망 된다”며 “이러한 결과는 미래 신재생에너지 분야 중 특히 압전체 기반 발전 소자를 미래 나노 전자 시스템의 회로 내에 삽입하여 나노 시스템의 전원으로 직접 사용할 수 있는 가능성을 보여준 것으로 미래 에너지 산업에 기여할 수 있을 것으로 평가된다”고 말했다.

이 교수 연구팀은 후속 연구로 산화아연 마이크로, 나노 선의 표면 전하 수송자 분포를 국소적으로 분석할 수 있는 소자를 제작해 궁극적으로 산화아연 기반 발전소자의 효율성을 극대화 할 수 있는 연구를 진행하고 있다.