가죽에 레이저 쐈더니...‘에너지 장치’로 변신

웨어러블 기기용 플랙서블 마이크로 슈퍼커패시터로 변환

레이저를 활용해 천연 가죽을 유연한 에너지 저장 장치로 변환하는 기술이 개발됐다.

중국 지린대학교 연구진이 레이저로 천연가죽을 에너지 장치로 탈바꿈시키는 기술을 개발했다고 과학전문매체 인터레스팅 엔지니어링이 최근 보도했다. 

연구진은 이 같은 내용을 담은 논문을 미국 광학회(OPTICA)가 운영하는 광학분야 국제 학술지 ‘옵틱스 레터스(Optics Letters)’에 발표됐다.

가죽에 레이저를 쏴 유연한 에너지 저장 장치로 변환하는 기술이 개발됐다. (사진=클립아트코리아)

이번에 공개된 것은 이산화탄소(CO₂) 레이저를 이용해 식물성 태닝 가죽 표면에 전도성 패턴을 직접 형성하고, 이를 전기 에너지를 저장·조절할 수 있는 탄소 구조로 변환하는 기술이다. 이를 통해 부드럽고 착용 가능한 소재에 마이크로 슈퍼커패시터를 내장할 수 있어, 지속 가능한 웨어러블 전자기기 개발에 새로운 가능성을 제시했다는 평가다.

연구를 주도한 중국 지린대학교의 한동동 교수는 “레이저를 통해 가죽에 전도성 패턴을 직접 형성함으로써 에너지를 저장하고 전기 신호를 안정화하는 마이크로 슈퍼커패시터를 구현할 수 있다”고 설명했다.

기존 에너지 저장 장치가 합성 소재와 복잡한 화학 공정을 필요로 하는 것과 달리, 이 기술은 천연 소재를 활용하고 단일 공정으로 제작이 가능하다. 레이저 처리 과정에서 가죽 표면은 전도성을 지닌 다공성 탄소 구조로 변환되며, 별도의 복잡한 제조 단계가 필요 없다.

연구원들은 레이저를 사용하여 가죽에 전도성 패턴을 새겨 넣어 에너지를 저장하고 전기 신호를 전달하는 마이크로 슈퍼커패시터를 만들었다. (사진=중국 지린대학교/미국 광학회)

연구진은 레이저 매개변수를 조정해 탄소 형성 구조를 제어하고 성능을 정밀하게 조율할 수 있다고 밝혔다. 형성된 전도성 패턴은 전극 역할을 하며, 충•방전 과정에서 이온의 이동을 촉진한다. 또한 다공성 구조는 표면적을 크게 늘려 전하 저장 효율을 높이는 데 기여한다.

이러한 특성 덕분에 마이크로 슈퍼커패시터는 에너지 저장뿐 아니라 전압 변동을 줄여 전기 출력의 안정성을 높일 수 있다. 특히 소형·저전력 웨어러블 기기에 적합한 기술로 평가된다. 연구팀은 호랑이, 용, 토끼 모양의 패턴형 장치를 제작해 설계 유연성도 입증했다.

한 교수는 “해당 장치는 부드러운 소재로 제작돼 자유로운 변형과 제품 통합이 가능해, 편안한 착용이 필요한 웨어러블 기기에 적합하다”고 강조했다.

실험 결과, 장치는 반복적인 충전 사이클에서도 안정적인 성능을 유지했으며, 60Hz 환경에서 효율적으로 작동했다. 실제로 LED 구동과 소형 전자시계 작동에도 성공했다.

연구진은 이 기술이 스마트워치 밴드 등에 사용되는 기존의 딱딱한 배터리를 대체해 더욱 얇고 유연한 디자인을 구현할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 또한 스마트 의류, 피부 부착형 센서 등 다양한 웨어러블 시스템으로의 확장 가능성도 제시했다.

향후 연구진은 땀과 습도, 반복적인 굽힘 등 실제 사용 환경에서의 내구성과 성능을 개선하는 데 집중할 계획이다. 아울러 자가 발전형 건강 모니터링 시스템과의 통합 가능성도 함께 연구하고 있다.