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[사진. (왼쪽부터) 이규형 교수, 한기현 박사, 이승용 박사, 박상정 연구원, 이종현 연구원]

 

신소재공학과 이규형 교수 연구팀(제1저자 한기현·박상정·이종현, 교신저자 이승용·이규형 교수)이 코디어라이트-폴리이미드(Cordierite–Polyimide) 내열 복합체 기반 자가발전 진동 센서를 개발했다. 

 

연구팀은 제로/음의 열팽창(ZTE/NTE) 특성을 지닌 코디어라이트(2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂)를 폴리이미드(PI) 매트릭스에 도입해, 고온 환경에서도 출력 성능 저하 없이 안정적으로 동작하는 마찰전기 나노발전기(TENG) 기반 센서를 구현했다. 이는 기존 마찰전기 나노발전기가 고온에서 열전자 방출로 인해 표면전하가 소실되는 한계를 효과적으로 개선한 것이다.

[그림. 코디어라이트–폴리이미드 복합체 기반 자가발전 진동 센서 개념 및 성능]

 

코디어라이트–폴리이미드 복합필름은 최적 조성에서 전하 저장과 누설전류 억제의 균형을 확보해 상온 대비 160℃에서도 약 40%의 출력을 유지했다. 또한 30~240℃ 범위에서 유전율 안정성과 구조적 내열성을 입증했다. 특히 엔진 작동을 모사한 고온 진동 환경에서도 안정적인 성능을 보여, 기존 세라믹 기반 압전식 진동·노킹 센서 대비 충격에 강한 플랫폼임을 확인했다.

 

이번 기술은 자동차 엔진 및 산업 설비의 진동 모니터링, 나아가 항공·우주 등 극한 열환경에서 활용 가능한 자가발전 센서로 응용 가능성이 기대된다.

 

한편, 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업, 한국산업기술기획평가원의 산업기술거점센터육성시범사업, 삼성전자 전략산학 지원으로 수행됐다. 연구 성과는 에너지 소재·소자 분야 국제 전문학술지 Nano Energy(Impact Factor 17.1, JCR 상위 5.1%)에 9월 10일 온라인 게재됐다.