문 열리자마자…액자 떨어지는 순간…"배터리없이 자동 알람"

UNIST, 도난방지 및 산업안전용 발전 필름 개발…접착력도 35배 개선

붙였다 떼기만해도 전기를 만드는 필름이 개발됐다. 향후 배터리 없이 자체 동작하는 센서 제작이 가능해질 전망이다.

UNIST는 기계공학과 정훈의 교수 연구팀이 접착력과 전기 출력을 동시에 조절할 수 있는 마찰전기 발전 필름을 개발했다고 22일 밝혔다.

마찰전기 발전은 두 물질이 접촉했다가 떨어될 때, 전하가 이동하면서 전기를 발생시킨다.

접착 필름이 강력한 전기 신호를 내고 우수한 접착력을 지닐 수 있는 구조적 원리를 나타낸 그림. i)은 절개 패턴 팁 전파 억제 ii)는 접착강도 증가 현상 iii)은 강한 전기생성을 보여주는 모습.(그림=UNIST)

연구팀은 이 원리를 접착 필름에 접목했다. 별도 전원장치 없이 붙였다 떼는 동작만으로 전기 신호를 만드는데 성공한 것..

연구팀은 이 필름에 먼저 ‘ㄷ’자 형태의 절개 패턴을 새겨 검증했다. 

정훈의 교수는 "절개 패턴이 균열이 진행되는 방향을 제어하고, 순간적으로 접착력을 높이는 역할을 한다"며 "균열이 연결부에서 멈췄다 반대 방향으로 다시 진행할 때 빠르게 분리되면서 전기 출력이 크게 증가하는 현상을 이용했다”고 설명했다.

이와함께 정 교수는 "절개 패턴 방향과 배열을 바꿔 붙는 방향이나 위치에 따라 출력과 접착력이 달라지도록 설계할 수 있는 것도 이 필름의 장점"이라고 부연설명했다.

연구팀은 실제 적용 가능성 여부도 테스트 했다.

필름을 문틈에 부착해 문이 열리는 순간 전기 신호를 발생시키고, 이 신호를 활용해 경고음을 울리는 시스템을 작동시키는데 일단 성공했다. 또 벽에 붙인 액자가 떨어지면, 스마트폰으로 상황을 전송하는 시스템도 만들었다.

컨베이어 벨트에 필름을 부착, 정상 회전에는 반응하지 않고 역방향으로 돌 때만 전기 신호가 발생하는 기계 이상작동 멈춤 기능으로도 활용 가능한다는 것도 확인했다.

정훈의 교수는 “접착 필름을 단순히 붙였다 떼는 도구가 아니라, 스스로 전기 신호를 만들어내는 스마트 센서로 전환할 수 있다는 것"이라며 “배터리 없이도 감지와 신호 생성을 동시에 수행할 수 있어 단순한 구조의 감지 시스템에 적합하고, 웨어러블 센서나 도난 방지 장치, 산업용 안전 시스템 등 다양한 분야로의 응용이 기대된다”고 말했다.

연구결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(6월11일자)에 게재됐다.

프로그래머블 메타 접착 TENG(마찰전기 나노발전기)를 활용한 예시. i)은 접착 해제 경고 시스템 ii)는 컨베이어 벨트 오작동 감지 및 경고 시스템 iii)은 도난 방지 시스템.(그림=UNIST)