전체기사 최신뉴스 GAM
KYD 디데이
산업 에너지

속보

더보기

KAIST, 천 소재로 버려지는 에너지를 전기 전환하는 기술 개발

기사입력 :

최종수정 :

※ 본문 글자 크기 조정

  • 더 작게
  • 작게
  • 보통
  • 크게
  • 더 크게

※ 번역할 언어 선택

[서울=뉴스핌] 김지완 기자 = KAIST 신소재공학과 홍승범 교수 연구팀이 온도와 압력을 가해 두 물체를 단단히 점착시키는 핫프레싱 기술을 이용해 가격 경쟁력과 내구성이 높은 패브릭(천) 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터 제조 방법을 개발하는 데 성공했다고 9일 밝혔다.

에너지 하베스팅(energy harvesting)은 버려지는 에너지를 수집(수확)해 전기로 바꿔 쓰는 기술이다. 압전 에너지 하베스팅이란 압전체라는 물질을 이용, 생활 주변에서 버려지는 압력과 진동 같은 에너지를 사용 가능한 전기에너지로 변환해주는 것을 말한다.

[서울=뉴스핌] 김지완 기자 = (왼쪽부터) 홍승범 교수, 김재규 박사과정. [사진=KAIST] 2020.09.09 swiss2pac@newspim.com

홍 교수 연구팀 소속 김재규 박사과정 학생이 제1저자로 참여한 이번 연구는 지난 2019년 12월 23일 국내 특허 등록이 됐고, 국제 학술지 '나노 에너지(Nano Energy)' 9월호에 게재됐다. 이번 연구는 DGIST 에너지공학전공 이용민 교수팀과 KAIST 신소재공학과 노광수·기계공학과 유승화 교수팀과의 협업을 통해 수행됐다. (논문명: Cost-effective and strongly integrated fabric-based wearable piezoelectric energy harvester)

웨어러블 소자는 센서, 원동기, 디스플레이에서 에너지 하베스팅에 이르기까지 다양한 응용 분야에서 사용되고 있으며, 4차 산업혁명 도래 이후 소형에서 내장형으로 더욱 급속히 발전하고 있다. 이러한 흐름과 맞물려 기존 옷에 내장형으로 사용될 수 있고, 편안하고 내구성 좋은 패브릭(천)에 기반한 웨어러블 소자가 주목받고 있다.

이러한 장점에도 불구하고, 기존 패브릭 기반 웨어러블 소자는 복잡한 제조 방법과 설비 시설에 따른 공정 및 가격 측면에서 한계를 가져 아직 실용화 단계에 이르지 못하고 있다.

소자 내의 패브릭과 실제 구동 파트 사이의 결합력 및 효율 테스트의 부재는 소자의 내구성에도 의문을 갖게 한다. 이러한 문제를 보완하기 위해 간단하고 값싼 공정과 재료, 새로운 기계적 특성 분석 기술 등에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.

이번 연구에서는 복잡한 공정 및 설비 시설 대신 비교적 간단한 방법인 핫프레싱을 이용해 전도성 폴리에스터 패브릭과 압전 고분자 필름(Poly(vinylidene fluoride-co-trifluoroethylene), P(VDF-TrFE))이 결합된 패브릭 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터 제조 방법을 개발했다.

기존 내구성 테스트 방법인 굽힘(bending) 테스트와 더불어 새롭게 도입한 `표면 및 계면 절단 분석시스템(SAICAS, Surface and Interfacial Cutting Analysis System)'을 이용해 패브릭과 고분자 필름 사이 계면 결착력을 측정함으로써 웨어러블 소자의 높은 기계적 내구성을 증명했다.

연구진이 개발한 제조 방법에서 제시하는 핫프레싱은 배터리나 연료전지 셀 제작에 주로 쓰이는 방법으로 2~3분 안에 완료될 정도로 빠르고 간단하며 동시에 높은 접착력을 얻을 수 있는 공정이다.

결정화 온도 근처 이하에서 고분자 필름을 패브릭에 접착시키면, 고분자 필름 표면이 비정질화되면서 접촉면이 넓은 울퉁불퉁한 패브릭 표면에 빽빽이 접착되고, 날실과 씨실 사이로 새어 나와 못과 같은 형태로 되어 높은 계면 결합력을 가질 수 있게 된다. 이러한 핫프레싱을 이용해 개발된 웨어러블 소자는 기존 의류에 접착할 수 있는 응용 가능성을 가지고 있어 공정 단가를 낮출 수 있을 것으로 기대된다.

한편, SAICAS를 이용한 계면 결착력 분석은 마이크로 스케일에서 칼날을 이용해 정량적 및 정성적으로 힘을 측정하는 방법으로, 기존 계면 결착력 측정 방법(박리 테스트, 테이프 테스트, 마이크로신축성 테스트)보다 훨씬 정확한 분석 기법으로, 본 연구에서 처음으로 웨어러블 소자에 도입됐다. SAICAS를 이용한 계면 결착력 분석은 향후 고분자를 이용한 웨어러블 소자 내구성 테스트의 새로운 방법으로 쓰일 수 있을 것으로 기대된다.

홍승범 교수는 "본 연구에서 개발된 패브릭 기반 웨어러블 압전 에너지 하베스터 제조 기술은 패브릭 기반 소자의 실용화 가능성을 한 단계 높였고, 계면 결착력 분석을 통해 고내구성 웨어러블 소자의 디자인 방향을 제시했다ˮ며 "이 기술은 패브릭과 고분자를 이용한 다른 소자의 제조 공정 및 분석에도 새로운 기틀을 마련할 수 있을 것으로 전망한다ˮ라고 말했다.

이번 연구는 KAIST HRHRP 사업, 과학기술정보통신부 재원 한국연구재단 지원 기초연구사업과 중견연구사업, 웨어러블 플랫폼소재 기술센터 지원 및 KAIST 글로벌 특이점 연구사업 지원으로 수행됐다.

swiss2pac@newspim.com

[뉴스핌 베스트 기사]

사진
오늘 한낮 34도 무더위 계속 [서울=뉴스핌] 유재선 기자 = 월요일인 10일은 전국 대부분 지역에서 무더위와 열대야가 이어지는 가운데 동해안과 경상권을 중심으로 비가 내리겠다. 기상청과 케이웨더에 따르면 이날 전국에 구름이 많겠으나 동해안과 제주도는 대체로 흐리겠다. 새벽부터 아침 사이 강원동해안·산지와 경북동해안, 부산·울산·경남남해안, 경남중·동부내륙에는 곳에 따라 비가 내리겠다. 제주도에도 오전까지 비가 내리는 곳이 있겠다. 무더위가 이어지자 시민들이 물놀이를 하며 더위를 식히고 있다. [사진 = 뉴스핌DB] 예상 강수량은 울산·경북동해안·북동산지 20~60mm, 강원남부동해안·산지와 부산·경남남해안·경남중·동부내륙 5~40mm, 강원중·북부동해안·산지 5~20mm, 제주도 5~10mm다. 아침 최저기온은 21~26도로 예상된다. ▲서울 25도 ▲인천 25도 ▲수원 25도 ▲춘천 22도 ▲강릉 22도 ▲청주 25도 ▲대전 24도 ▲전주 25도 ▲광주 26도 ▲대구 25도 ▲부산 26도 ▲울산 24도 ▲제주 26도다. 낮 최고기온은 27~34도로 예상된다. ▲서울 33도 ▲인천 33도 ▲수원 33도 ▲춘천 32도 ▲강릉 28도 ▲청주 33도 ▲대전 33도 ▲전주 34도 ▲광주 34도 ▲대구 32도 ▲부산 32도 ▲울산 30도 ▲제주 31도다. 바다 물결은 서해 앞바다 0.5~2.0m, 남해 앞바다 0.5~2.5m, 동해 앞바다 1.0~3.5m로 일겠다. 에어코리아에 따르면 이날 미세먼지 농도는 전 권역에서 오전, 오후 모두 '좋음' 수준을 보이겠다. jason14@newspim.com 2026-08-10 06:32
사진
공무원 시험 2027년부터 개편 [서울=뉴스핌] 김예원 기자 = 2027년부터 국가직 · 지방직 9급 공무원 공개경쟁채용시험의 한국사 과목이 한국사능력검정시험(3급 이상)으로 대체된다. 3급 이상의 자격만 취득하면 유효기간 제한 없이 성적을 인정받을 수 있게 된다. 또한 필기시험 이전에 자격을 미리 확보할 수 있는 구조로 바뀌면서 수험생들의 학습 부담이 이전보다 완화될 것 으로 보인다. 사진은 9일 오전 서울 마포구 성산중학교로 들어서는 수험생들의 모습. 2026.08.09 yeawon2@newspim.com   2026-08-09 10:14
기사 번역
결과물 출력을 준비하고 있어요.
종목 추적기

S&P 500 기업 중 기사 내용이 영향을 줄 종목 추적

결과물 출력을 준비하고 있어요.

긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
이 내용에 포함된 데이터와 의견은 뉴스핌 AI가 분석한 결과입니다. 정보 제공 목적으로만 작성되었으며, 특정 종목 매매를 권유하지 않습니다. 투자 판단 및 결과에 대한 책임은 투자자 본인에게 있습니다. 주식 투자는 원금 손실 가능성이 있으므로, 투자 전 충분한 조사와 전문가 상담을 권장합니다.
안다쇼핑
Top으로 이동