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- 연구실 소개

신소재공학부에 있는 나노전자물성연구실(NESEL : Nano Electronics Science & Engineering Lab)은 압전/마찰전기 에너지 하베스팅 분야를 주도해 가고 있는 세계 최고의 그룹중 하나다. 나노전자물성연구실 에서는 크게 두 가지 분야의 연구를 하고 있다. 먼저, 에너지를 수확하는 에너지 하베스팅(Harvesting) 으로써, 많은 사람들에게는 에너지를 수확한다는 개념이 조금 생소할 수 있다. 간단히 말하면 우리 주변에 존재하는 빛, 열, 기계, 자기, 화학, 바이오 에너지와 같이 일상생활 속에서 버려지는 에너지원을 전기적 에너지로 변환하는 연구를 말한다.

이곳에서 가장 관심을 갖는 부분은 바람, 파도, 소리, 진동, 인체의 움직임, 두 물체 사이의 마찰과 같이 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 파트이다. 특히, 마찰전기와 같은 연구분야는 본격적으로 연구가 시작된 지 얼마 되지 않았음에도 간단한 구조와 높은 출력으로 많은 주목을 받고 있는 연구분야 이며 차세대 스마트/웨어러블 디바이스 및 IoT 센서 구동에 필요한 보조 에너지원으로 각광받고 있다. 두 번째로는 그래핀과 같은 2차원 나노구조 물질을 대면적 사이즈로 합성하고 그 특성을 분석하는 일이다. 최근에는 2차원 나노소재를 이용한 압전/마찰전기 에너지 하베스팅 연구 뿐만 아니라 인공지능 및 VR/AR에 적용가능한 2차원 나노소재 기반 음성인식 센서 및 촉각센서 개발에 관련한 연구도 활발하게 수행하고 있다.

이곳의 학위과정 학생들도 각광받는 연구분야 만큼 저명한 저널에 꾸준히 좋은 논문을 제출하고 출판되는 저널의 표지를 장식하고 있으며 국내-국제 원천특허 확보에도 탁월한 성과를 거두고 있다. 또한 국내외 여러 학회에서 우수한 연구결과를 발표하고 그 역량을 인정받아 다수의 수상실적도 올리고 있다.

- 대표적 연구업적과 성과

2013년도에 ‘압전/강유전/광전 특성 하이브리드 기반 차세대 에너지 하베스터 개발’로 국가연구개발 우수성과 100선 선정, 2014년도 한국연구재단 선정 기초연구 우수성과 50선, 2014년 국가연구개발 우수성과 미래창조과학부장관상 수상, 2015년 국가연구개발 후속연구개발 최우수성과 미래창조과학부장관상 수상 및 2015년 국가연구개발 성과평가 대통령상 표창까지, 관련분야를 선도하고 있는 김상우 교수는 최근 획기적인 연구 성과를 내놓으며 많은 주목을 받고 있다.

세계적으로 권위있는 저널에 다수의 논문을 발표했으며, 강유전 소재를 이용한 고효율 에너지 하베스터 개발에 관한 연구를 진행해 관련 특허를 국내 대기업에 ‘기술이전’ 하는 등의 진일보된 성과를 보였다. 뿐만 아니다. 김 교수는 현재 세계적 명성의 과학저널 출판사들인 Elsevier와 Wiley가 출판하는 에너지 분야의 유명 저널인 'Nano Energy'의 부편집장(Associate Editor, 2016년 인용지수 11.5) 및 전자소재 분야의 세계적인 유명 저널인 'Advanced Electronic Materials'의 실행자문위원(Executive Advisory Board)직을 수행하고 있는 등 압전/마찰전기 에너지 하베스팅 분야에서 세계적인 리더 중 한명으로 인정받고 있다.

- 에너지 하베스팅, 미래를 여는 기술 될 것

김상우 교수의 연구 성과는 앞으로 스마트 워치, 스마트 글래스 등 웨어러블 디바이스의 보조 에너지원 뿐 만 아니라, 사물인터넷(IoT : Internet of Things)과 직접적으로 관련된 무선 센서 네트워크의 자가발전 구동이 가능하도록 에너지원으로 사용할 수 있는 사용자 발전(UCP : User Created Power) 시스템과 같은 새로운 에너지 시장 형성에 큰 역할을 할 것으로 예상된다. 더 나아가 향후 미래 헬스케어 응용을 위한 생체 이식형 디바이스에 필요한 자가 구동 전력원 및 전기차 등의 배터리 성능을 획기적으로 높일 수 있는 자가발전·충전 배터리 등의 응용에 있어서도 큰 가능성을 보여주고 있는 연구 분야 이다.

서로 다른 에너지 변환 메커니즘을 갖는 소자의 융복합을 통해 이들의 상호관계를 규명함으로써, 에너지 분야에서 비약적인 도약과 이를 통해 국가 과학 기술의 위상을 높일 수 있을 것으로 기대된다. 이러한 융합 연구는 에너지 하베스팅 시스템 뿐 만 아니라 차세대 전자소자, 광소자, 바이오·헬스케어 소자 등과 결합하여 지속적으로 자가 구동이 가능한 소자를 구현함으로써 미래형 전자소자 개발에서의 획기적인 기술 도약을 가능케 할 것이다.

박지윤 기자
윤정은 기자

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