한인 과학자가 포함된 앨라배마대학교 헌츠빌(UAH)의 연구원들이 전자 장치를 작동시키기 위한 전기를 생산하는 간단한 기계적인 방법을 발견하고 이를 이용한 새 전기발전기를 논문으로 발표해 화제다.
이 우연한 성과는 UAH의 강 왕(Gang Wang) 박사가 이끄는 적응 구조 실험실에서 마찰 전기 나노 발전기(Triboelectric nanogenerators)를 테스트하던 중에 박사후 연구 조교인 장문형(Moonhyung Jang) 박사에 의해 발견된 것으로 알려졌다.
기계항공우주공학 부교수이자 프로젝트의 수석연구원인 왕 박사는 “장 박사가 수행한 손가락 두드리기 테스트 중에 감전을 방지하기 위해 상단에 스카치 테이프를 삽입했다”면서 “예상치 못한 고전압이 관찰됐다. 신중한 조사 끝에 테이프 레이어가 그 원인이라는 것을 알게 됐다”고 말했다.
왕 박사는 “이것은 마찰전기 발전기의 성능을 향상시키기 위해 점착성 물질을 도입하는 우리의 발명으로 이어졌다”고 말했다.
학교측은 반짝이는 선물 포장재와 유사한 금속 폴리에스터 시트와 아크릴 접착층이 있는 양면 테이프로 구성돼 간단하면서도 가성비가 높다고 소개했다.
논문의 주 저자인 장 박사는 “현재의 마찰전기 발전기 설계를 위해서는 접촉과 분리 동작이 필요하다”면서 “우리의 최근 논문에서, 우리는 현재의 마찰 발전기가 장착된 신발을 신고 걸을 때 에너지를 수확하는 것을 시연했다. 우리는 다른 응용 분야에 따라서 디자인을 수정할 수 있다.”라고 말했다.
미 육군 중소기업 혁신 연구(SBIR) 2단폐 프로그램을 통해 머테리얼스 사이언스社(Materials Sciences LLC)가 지원하는 이 프로젝트의 목표는 항공 및 미사일 구조물의 비행 시간을 추적하기 위해 센서와 전자 장치에 전력을 공급하는 에너지 수확 솔루션을 제공하는 것이다. 1단계에서 왕 박사와 그의 팀은 압전 재료를사용해 질주하는 에너지 수확 개념을 성공적으로 시연한 바 있다.
장 박사는 2021년 6월 1일 SBIR 2단계 프로그램을 지원하기 위해 이 그룹에 합류했다. 이 논문의 공동저자에는 이 학교 졸업생인 제이콥 리(Jacob Lee, 학사, 2022년 5월 항공우주공학 졸업)도 이름을 올렸다. 리 씨는 현재 미 육군 우주미사일방어사령부에서 엔지니어로 근무하고 있다.
왕 박사는 “우리는 또한 머테리얼 사이언스의 연구개발부사장인 사이몬 정(Simon Chung) 박사의 기술 지도에 감사드린다”고 말했다. 정 박사 역시 이번 논문의 공동저자다.
왕 박사는 “간단한 아이디어는 원자층 증착 기술을 사용해 마찰전기층의 표면 구조를 수정해 마찰전기 나노발전기 설계를 시도하는 것이었다”며 “이것이 우리가 유 레이(Yu Lei) 박사를 초청한 이유다. 그의 연구실에서 산화층을 만들어 그러한 원형을 만드는 것을 돕도록 말이다.”라고 밝혔다.
레이 박사는 화학물질공학과의 임시 석좌 겸 부교수로, 장 박사가 실험 중에 특이한 판독치를 발견했던 그 프로토타입이 그의 작품이다.
왕 박사는 “게다가, 레이 박사는 또한 우리의 현재 논문에 기여했고 물질 과학자의 관점에서 많은 제안과 의견을 제공했다”고 말했다.
연구원들은 기기의 성능을 향상시키기 위해 다양한 개념을 탐구하고 있다. 이 과학자들은 그 개념을 설명하기 위해 LED 디스플레이를 사용했지만, 그들은 그것이 훨씽 더 광범위한 잠재적인 응용 분야가 있다고 말한다.
장 박사는 “최종 목표는 다양한 엔지니어링 애플리케이션에서 센서 및 모니터링 시스템을 위한 전원을 제공하는 것”이라며 “우리는 이미 인체에 착용할 수 있는 센서 개념을 시연하기 위해 몇 가지 테스트를 수행했다”고 밝혔다.
