99.9% 항균성·고출력 마찰발전 동시구현

한국기술교육대학교는 에너지신소재화학공학부 배진우 교수 연구팀과 웨어러블 기기의 자가발전과 세균 오염 문제를 동시에 해결할 수 있는 마찰 대전 소재를 개발했다고 4일 밝혔다.

한국화학연구원 손은호 박사(계면재료화학공정연구센터) 연구팀과 개발한 이 소재는 폴리비닐리덴플로우라이드(PVDF) 공중합체에 4차 암모늄기를 함유한 양이온성 단량체를 도입해 우수한 전력 생산능력과 항균 특성을 구현했다.

마찰전기 나노발전기는 서로 다른 두 물체의 접촉과 분리 과정에서 발생하는 양(+)과 음(-) 전하의 이동 현상으로 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치다.

외부 전원이 필요하지 않아 웨어러블 장치의 전원 공급원으로 주목받지만 인체와의 지속적인 접촉으로 인한 세균 오염 문제가 대두되고 있다.

이같은 문제 해결에는 원자 이동 라디칼 중합(Atomic transfer radical polymerization, ATRP) 방법을 활용됐다.

개발된 소재는 마찰양성(tribopositive) 특성이 증가해 134 mW/m²의 전력 밀도를 달성했다. 이는 기존 PVDF 공중합체 대비 24.1배 향상된 수준이다.

황색포도상구균과 녹농균에 대해 99.99%의 우수 항균 효과를 보였다.

배진우 교수는 “개발한 소재는 우수한 마찰전기 출력과 항균 특성을 동시에 구현했다는 점에서 의미가 있다”며 “세균 오염에 취약한 의료기기, 웨어러블 디바이스 등 항균성 자가 발전 소재로 활용될 수 있을 것”이라고 설명했다.

본 연구는 한국환경산업기술원의 생태모방 기반 환경오염관리 기술개발사업과 한국연구재단의 지자체-대학 협력기반 지역혁신사업의 지원으로 수행됐다.

연구 결과는 피인용도(IF, Impact Factor) 13.4를 기록한 화학공학 분야의 저명한 국제 학술지 ‘Chemical Engineering Journal(JCR 상위 3.8%)’에 게재됐다.

천안 이종익 기자