외부 전력 X, 스스로 전기신호 생성하는 '압력센서' 개발
외부 전력 X, 스스로 전기신호 생성하는 '압력센서' 개발
  • 강지희
  • 승인 2019.11.05 17:55
  • 조회수 450
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고도의 투명센서를 개발했다? 출처: pixabay
고도의 투명센서를 개발했다? 출처: pixabay

경북대학교 신소재공학부 박귀일 교수팀은 투명하고 유연한 '자가발전 압력센서(Transparent and flexible self-powered pressure sensor)'를 개발했습니다. 개발된 이 센서는 외부 전력 공급 없이도 외부 압력을 전기적 신호로 감지할 수 있다고 하는데요. 해당 연구 논문은 <재료화학회지A(Journal of Materials Chemistry A)>에 게재됐습니다.

 

압전소자는 압전현상을 기반으로 한 에너지 소자입니다. 주변에서 버려지는 진동, 굽힘 그리고 압력 등 기계적 에너지를 전기에너지로 변환하는 장치죠. 이러한 에너지 소자는 저전력 전자 장치의 전력원과 센서로 직접 사용할 수 있습니다.

 

  • 압전현상?

기계적인 압력을 가하면 전압이 발생하고 전압을 가하면 기게적인 변형이 발생하는 현상을 말합니다.

 

  • 압전소자?

진동을 전기적인 에너지로 변환할 수 있는 원리를 이용한 에너지 소자입니다. 가속도 센서 등으로 응용하고 가청영역의 소리를 전기에너지와 상호 변환할 수 있는 원리로 이용해 레코드 디스크의 픽업, 마이크로 폰, 스피커, 버저 등의 소자로 이용되고 있습니다. 또한 초음파를 투과하고 받을 수 있어 초음파 센서의 프루브(Probe), 어군탐지기 등으로도 사용됩니다.

외부 전력 X,  압력ㆍ크기에 따라 스스로 전기신호 생성

 

투명하고 유연한 자가발전 센서 제작공정, 개발된 소자, 외부 압력을 감지한 결과. 출처: 경북대학교
투명하고 유연한 자가발전 센서 제작공정, 개발된 소자, 외부 압력을 감지한 결과. 출처: 경북대학교

연구팀은 먼저 전극이 있는 플라스틱 기판 위에 투명 압전폴리머층을 코팅했습니다. 그 다음 투명전극 소재인 은 나노선을 이용한 전극을 형성해 투명한 자가발전 소자 및 압력 감지 센서를 개발했습니다. 연구팀이 개발한 압력 감지 센서는 외부 전력 공급 없이 가해지는 압력의 형상과 크기에 따라 스스로 전기신호를 생성했는데요. 또한 센서는 전기신호를 실시간으로 시각화해 모니터에 표시했습니다. 

KNU 형체로부터 인가된 외부 압력을 자가발전 압력센서를 이용하여 감지한 결과. 출처: 경북대학교
KNU 형체로부터 인가된 외부 압력을 자가발전 압력센서를 이용해 감지한 결과. 출처: 경북대학교

기존의 압력 감지 센서는 전기적 신호 변화를 감지하기 위해 외부에서 지속적으로 전력을 공급해야 했는데요. 연구팀이 개발한 센서는 반복적인 굽힘에 따라 ~17V의 전압과 ~2.5μA의 전압을 출력했습니다. 또한 연구팀이 개발한 센서는 기존의 투명하고 유연한 에너지 발전소자 가운데 성능이 가장 우수했다고 합니다.

박귀일 교수. 출처: 경북대학교
박귀일 교수. 출처: 경북대학교

이번 연구를 주도한 박귀일 교수는 "이번에 제작한 센서는 제작 공정이 간단하고 외부 전력원이 필요하지 않다는 장점이 있다"며 "이러한 센서는 투명하고 유연해 창문과 디스플레이 등 다양한 분야에 응용할 수 있을 것으로 기대된다"고 밝혔습니다.  

 

##참고자료##
 


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