메타물질·음향양자결정 이용 고효율 압전 에너지 수확 기술 개발

포스텍 노준석 교수

포스텍 이건 씨

포스텍 이동우 씨

만화주인공 '피카츄'나 스파이더맨에 등장하는 '일렉트로' 처럼 전기를 만들 수 있는 능력이 우리에

성균관대 김미소 교수

게도 생길 가능성이 열렸다. 진동이나 소리 형태로 존재하는 파동에너지를 모아 전기에너지로 바꾸는 '압전 에너지 수확' 기술 덕분이다.

포스텍 기계공학과·화학공학과 노준석 교수·기계공학과 통합과정 이건·이동우 씨 연구팀은 성균관대 신소재공학과 김미소 교수와 함께 압전 에너지 수확의 효율을 높이는 방법론을 정리해 물리 분야 국제 학술지 '커뮤니케이션즈 피직스'에 최근 발표했다.

이 기술이 상용화되면 팔을 휘두르거나 걷기만 해도 충전이 돼 배터리 충전이나 교체 없이도 웨어러블 기기 등을 사용할 수 있다.

연구팀은 압전 에너지 수확 기술을 연구하면서 얻을 수 있는 전기에너지 양이 적어 실생활 적용이 어렵다는 점을 풀기 위해 고민했다.

이에 연구팀은 메타물질과 음향양자결정을 이용해 효율이 높은 전기 에너지를 얻는 방법을 구현했다. 파동에너지를 구조물의 특정부분에 모을 방법을 찾아낸 것이다.

두 물질은 인공적으로 설계된 단위 원자가 주기적으로 배열됨으로써 자연계에 없는 기이한 특성을 지니고 있다. 때문에 물질이 가지는 주기성과 외부에서 가해지는 파장을 적절히 조절하면 파동 에너지를 한 곳에 모을 수 있게 된다.

노준석 교수는 "이번 연구는 압전 에너지 수확을 연구하는 데 필요한 물리적 성질을 이해하기 위한 이정표가 될 것"이라며 "압전 에너지가 친환경·신재생에너지 자원으로서 스마트 센서, 저전력 무선 통신, 사물 인터넷 등 일상생활에서 광범위하게 적용되길 기대한다"고 했다.