학과소식

맥신-황 복합체의 마찰대전 성능 탐구 및 응용소자구현 - 김현기, 이민백 교수

맥신 분리구조 복합소재의 우수한 대전성능을 시연하고 이를 활용한 에너지수집소자 제작

국제학술지 Advanced Materials 저널에 게재

인하대학교 물리학과 스마트 나노디바이스 연구팀(김현기, 이민백 교수)이 한양대학교 위정재, 한태희 교수 연구팀과 협력하여 고성능 마찰대전 특성을 지닌 복합체를 개발했다. 기존의 대전물질은 주로 불소화합물을 사용하여 높은 표면 전하밀도를 얻었으나, 환경에 유해한 과불화화합물 (PFAS)을 방출할 수 있다는 문제가 있었다. 이를 해결하고자 황을 기반으로 한 고분자 (SRP)와 2차원 나노소재인 MXene을 결합한 복합소재를 이용한 새로운 대전 복합체를 제안하였다. 이 연구 결과는 저명한 국제 학술지 Advanced Materials (IF 29.4)에 게재되었다 (2024년 8월).

 
SRP/MXene 복합소재는 뛰어난 마찰대전 성능뿐만 아니라 환경적 측면에서도 큰 이점을 제공한다. 불소화합물을 사용하지 않기 때문에 PFAS로 인한 환경 오염을 방지할 수 있으며, 주 원료로 사용하는 황은 폐기물에서 얻을 수 있어 자원 재활용에도 기여한다. 또한, 이 소재는 재활용이 가능하다는 점에서 주목할 만하다. 연구팀은 사용 후에도 성능 저하 없이 재사용할 수 있음을 입증하였으며, 이는 지속 가능한 에너지 재료 및 기술 개발의 일환으로 중요한 의미를 가진다.

연구 결과는 실험실 단계를 넘어 상업적 활용 가능성도 제시하였다. 연구진은 4인치 크기의 대형 필름 형태로 마찰대전 발전기를 제작해 실험한 결과, 기존 기술 대비 8.4배 높은 전력 밀도를 기록하였다. 이를 통해 상업용 전자 제품을 구동하거나 전기 저장 장치를 충전하는 등 다양한 응용 가능성이 확인되었다.

이번 연구에 교신저자로 참여한 이민백 교수는 "황이 풍부한 고분자 기반 대전체는 지속 가능성과 고성능을 모두 충족시키는 새로운 에너지 소재 기술로, 친환경 에너지 수확의 미래를 열어갈 것"이라고 말했다.

(사진 1): 본 연구에 참여한 물리학과 이민백 교수 (왼쪽 사진)와 김현기 박사과정생 (오른쪽 사진)