울산대 정귀상 교수팀, 자가발전형 웨어러블 가스센서 세계 첫 개발

정귀상 교수팀이 자가발전형 웨어러블 가스센서의 작동원리에 대해 설명을 하는 모습. [사진제공=울산대]

아주경제 정하균 기자 = 울산대 연구팀이 팔을 접었다 폈다 하는 간단한 동작만으로 전기에너지를 만들어 가스센서를 영구히 작동시키는 미래형 기술을 개발해 세계적인 주목을 끌고 있다.

울산대 전기공학부 정귀상(55·마이크로/나노시스템 전공) 교수와 박사과정 2년차 우딘 아부 사다트 무하마드 이프테칼(방글라데시·33) 씨가 연구한 '반금속 고농도 전도성 고분자(PEDOT:PSS) 정공수송층을 이용한 마찰전기 나노발전기의 출력효율 향상과 자가발전형 아세틸렌 가스센서에의 응용' 논문이 미국 화학회에서 발행하는 재료과학 분야 세계 최고 권위지(인용지수: 7.2) ≪ACS 어플라이드 머티어리얼즈 & 인터페이스≫(ACS Applied Materials & Interfaces) 온라인 판에 지난달 21일자로 게재된 사실이 뒤늦게 알려졌다.
 

자가발전형 웨어러블 가스센서의 사진과 구조 및 특성. [사진제공=울산대]

이 연구는 실내에선 마찰전기로, 실외에선 마찰전기와 태양에너지로 전력을 생산하는 하이브리드 웨어러블 마찰전기 나노발전기에 산화아연(ZnO: Zinc Oxide) 박막을 이용해 유연성을 가진 아세틸렌 가스센서를 결합해 별도 전원이 필요 없는 자가발전형 웨어러블 아세틸렌 가스센서를 개발한 것이다.

용접에 주로 사용되는 아세틸렌 가스는 400도 이상의 가열이 필수적이어서 작업특성상 매우 위험해 상시 감지가 필요한 데 반해, 자가발전형 웨어러블 아세틸렌 가스센서는 실온에서 동작이 가능한 저전력형으로 신호처리가 용이하고 감도가 우수할 뿐만 아니라 분해능이 뛰어나 안전한 기술이다.

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학계에선 이 기술이 압력·하중·진동 등의 미세한 기계적 에너지가 존재하는 환경에서도 자급자족의 전원으로 작동이 가능하기 때문에 배터리 교체도 필요가 없어 앞으로 사물인터넷(IoT) 환경 구축에서 가장 핵심 기술 중 하나인 자가발전형 센싱기술로 높이 평가했다.

정 교수는 "온도와 습도에도 제약을 받지 않기 때문에 자동차·조선·플랜트 등 전 산업 분야와 바이오 의학, 식품, 농축수산 분야에까지 광범위하게 응용할 수 있다"고 소개했다.

이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 지원한 '기초연구사업' 선정 과제로, 정 교수는 배터리가 없는 자가발전형 웨어러블 압력·하중·촉각 등의 물리량 센서와 대기환경 오염 모니터링용 각종 가스센서 개발로 연구를 확장하고 있다.