정전력을 이용한 탄소나노튜브 시트 기반 에너지 수집 소자

Abstract

에너지 수집이란 태양열, 풍력, 열 에너지, 운동 에너지 등 외부 에너지원으로부터 에너지를 포획하는 과정을 말한다. 외부에서 인가되는 에너지를 전기적 에너지로 효과적으로 변환시키는 것이 에너지수집소자 관련 연구의 주된 관심이다. 본 논문은 탄소나노튜브를 활용한 에너지 수집 소자의 특성과, 성능에 관한 연구이다. 탄소나노튜브는 직경이 수 나노미터이며, 종횡비가 매우 큰 튜브 형태의 탄소 동소체이다. 탄소나노튜브는 뛰어난 전기적, 기계적 물성을 가진 재료로써, 이를 다양한 분야에 응용하려는 시도가 이어지고 있다. 본 연구에서는 2차원 구조물인 탄소나노튜브 시트를 제작하여 연구에 활용하고자 하였으며, 일축 정렬된 탄소나노튜브를 수십 μm 두께의 얇은 필름 형태로 제작하였다. 대전된 물체가 탄소나노튜브 시트 근처에서 일정 거리 간격을 두고 이동함으로써 발생하는 전기적 변화를 이용하여, 이를 에너지 수집소자로써 활용하고자 하였다. 본 논문에서 제안한 에너지 수집 소자는 정전기력을 이용하여 탄소나노튜브 표면의 쿨롱장을 요동시키고, 자유 전하 운반자의 이동을 유도함으로써 전류를 발생시켰다. 이를 통해 효과적인 에너지 수집이 가능함을 실험적으로 증명하였고, 탄소나노튜브 시트의 에너지 수집 재료로써 응용 가능성을 제시하였다.