한국연구재단(이사장 노정혜)은 김상재 제주대학교 교수 연구팀이 안티모니 요오드화황(SbSI) 화합물 소재를 사용해 다기능 감광성 압전 나노발전기를 개발했다고 1일 밝혔다.

안티모니 요오드화황이란 3원계 V-VI-VII 반도체족 물질이다. 강유전성, N형 반도체, 압전 특성 등을 가지고 있다.

압전효과는 원자가 규칙적으로 정렬된 결정에 일정한 방향으로 압력을 가하면 전기적 분극이 일어난다. 이 원리에 의해 압력이나 진동을 가하면 전기가 발생하는 효과다.

나노발전기는 아주 작은 크기의 물질을 이용해 인체의 움직임과 같이 주변에서 흔히 발생하는 기계적 에너지로부터 전기 에너지를 수확한다. 발전기가 작고 가벼우며 구동회로가 단순화·집적화될 수 있다. 착용형·휴대용·신체이식형 기기에 적용될 미래지향적 기술이다.

연구팀은 압력·진동에 의한 자가발전과 광검출 특성을 동시에 갖는 새로운 강유전성 나노소재를 활용해 나노발전기를 한층 발전시켰다.

소재로 쓰인 안티모니 요오드화황은 3원계 물질로 압전, 반도체, 광반응 특성 등 다양한 기능이 있다. 이를 사용해 처음으로 제작된 압전나노발전기는 2N(뉴턴)의 작은 외력에도 5V(볼트), 150nA(나노암페어)의 전류를 생성하고, 적색 빛을 조사했을 때 0.1~0.01초 만에 반응하는 뛰어난 광스위칭 속도를 보였다.

김상재 교수는 "개발된 안티모니 요오드화황 나노발전기는 자체발전, 감광성 압전 특성, 광스위칭·응답특성, 자가발전·센싱소자의 일체화 등 차별화된 특징이 있다"라며 "IoT 리모트 센서에 적용될 수 있다"고 말했다.

한편, 이번 연구 성과는 국제학술지 '나노에너지(Nano energy)'에 8월호 논문으로 게재됐다.