KIST(원장 윤석진)는 이승기 전북분원 기능성복합소재연구센터 박사 연구팀이 정창규 전북대 신소재공학부 교수와의 공동연구를 통해 이황화 몰리브덴 주름구조 형성으로 마찰전기 발생효율을 기존 대비 40% 이상 증가시킨 터치센서를 개발했다고 10일 밝혔다. 

언제 어디서나 정보를 주고 받을 수 있는 사물인터넷(IoT) 시대에 지속적인 전기 공급은 그동안의 난관이었다. 일반적인 배터리 충전과 교체 방식으로는 소형화·경량화가 어렵기 때문이다. 

마찰전기 발생장치는 정전기처럼 서로 다른 물질의 접촉으로부터 마찰 전기를 유도해 반영구적으로 에너지를 생산한다. 하지만 충분한 전기 생산을 위해선 장치 크기가 켜져 전자기기에 적용할 수 없었다. 마찰전기 발생 시 접촉 물질에 따라 전기 세기가 다른데, 기존 쓰이는 절연체 물질과의 접촉은 에너지 출력이 현저히 낮다는 문제도 있었다.  

연구진은 이차원 반도체 물질인 이황화 몰리브덴(MoS2) 특성을 조절해 마찰전기 발생효율을 증가시켰다. 그 뒤 강한 열처리 공정을 통해 소재를 구겨 내부 응력이 인가된 주름진 소재를 개발했다.

개발된 소재는 주름 구조로 인해 단위면적당 접촉 면적이 넓어져 기존 이황화 몰리브덴보다 40% 가량 마찰전기 발생효율이 향상됐다. 1만회의 반복실험에서도 안정적인 마찰전기 출력 성능을 보였다. 

이승기 박사는 "이차원 반도체 물질 합성과 동시에 내부응력을 인가하는 소재 합성 기술이 이번이 처음"이라며 "고분자와의 복합화로 마찰전기 효율을 증대시킬 수 있는 방안이 차세대 기능성 소재 개발에 밑걸음이 될 것"이라고 기대했다.

해당 연구는 과학기술정보통신부지원으로 KIST 주요사업과 신진연구자지원사업 등으로 수행됐으며, 나노분야 저명 국제학술지 'Nano Energy’ (IF: 16.602, JCR 분야 상위 4.299%) 최신호에 게재됐다. (논문명: Laser-directed synthesis of strain-induced crumpled MoS2 structure for enhanced triboelectrification toward haptic sensors)