마찰전기 표면 전하 밀도 성능 향상을 위해 MXene 층에 실리카 나노스피어를 삽입하는 연구 내용

제주대학교 해양시스템공학 배진호 교수 연구팀과 울산대학교 이승구 교수팀과 공동 연구개발 논문이 세계 최고 수준의 저널인 ‘Advanced Functional Materials (Vol. 34)’에 실린다.

27일 배진호 연구팀에 따르면 일반적으로 MXene-2D layered 소재는 우수한 금속 전도도, 조정 가능한 기계적 및 전기적 특성, 친수성, 효율적인 전하 이동성, 유연성 및 기타 재료와의 호환성을 제공하는 우수한 특성에도 불구하고, 전하 수송 경로의 제한을 방해하는 반데르발스 상호작용으로 인해 여전히 심각한 Self-restocking 및 전하 차단 문제를 겪고 있다. 그래서 본 연구에서는 마찰전기 나노발전기에서 표면 마찰 전기 전하 소멸과 MXene 층의 Self-restocking 문제를 극복하기 위해 modified silica nanospheres (MSNs)를 삽입해 표면 전하 손실을 방지하고 MXene의 구조적 안정성을 개선하는 연구를 수행했다.

여기서 사용된 green MSNs는 특정 차원으로 합성된 다음 MXene 층 사이에 삽입해 Self-restocking 문제를 해결할 뿐만 아니라 층간 거리와 MXene 표면적을 극적으로 증가시켰다. 이렇게 제안된 MSN 삽입 MXene 기반 마찰전기 나노발전기는 출력 전압은 약 461V, 출력 전류가 약 19 µA, 최대 피크 전력 밀도가 약 691.2 µW/cm2인 우수한 출력 성능보였다. 이러한 결과로 제안된 마찰전기 나노발전소자는 에너지 하베스팅, 능동 센서 모니터링과 같은 다양한 응용 분야에 적용될 수 있다.

본 연구는 제주대 해양시스템공학 배진호 교수(BK+ 빅데이터 기반해양융합전문인력사업단 단장) 연구팀과 울산대학교 이승구 교수 연구팀과 공동 개발연구로 논문(제1저자로 울산대 Mirza Mahmood Baig 박사, 제주대 샤키브 무하마드 박사, 노만 무하마드 박사과정 대학원생) ‘Novel Intercalation Approach in MXene Using Modified Silica Nanospheres to Enhance the Surface Charge Density for Superior Triboelectric Performance’의 논문 제목으로 IF 18.5의 세계 최고 수준의 저널인 ‘Advanced Functional Materials (Vol. 34)’에 실린다. 또한 본 연구에서 제주대는 과학기술정보통신부 지원의 중견연구, 제주대학교 글로벌 지역혁신 선도연구센터 및 해외과학자유치사업 (BP) 지원으로 수행됐다.