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그래핀 양자점과 금속-유기 프레임워크 기반 마찰전기 나노발전소자 연구 내용
제주대 해양시스템공학 배진호 교수(BK+ 빅데이터 기반해양융합전문인력사업단 단장) 연구팀은 전자소재 개발연구로 논문(교신저자 배진호 교수, 제1저자 노만 파틸 찬드라세카르 삼바지 대학원생)이 “Synergistic Integration of Graphene Quantum Dots into Metal-Organic Framework-5 for Enhancing Triboelectric Nanogenerator Performance”의 논문 제목으로 IF 23.2의 세계 최고수준의 저널인 ‘Advanced Composites and Hybrid Materials (7권)’에 실린다고 4일 밝혔다.
이날 제주대 배진호 교수팀에 따르면 금속-유기 프레임워크(MOF, metal-organic frameworks)은 다양한 소자에 적용되는 매우 중요한 소재다. 특히 마찰전기 나노발전 소자에 적용할 경우 환경에 강인한 특성을 보여 많은 연구가 수행되고 있다. 이에 다라 본 논문은 마찰전기 나노발전소자의 성능 향상을 위해 금속-유기 프레임워크-5(MOF-5)에 그래핀 양자점(GQD) 도핑을 수행해 마찰전기 나노발전기(TENG)의 성능을 향상시켰으며, 에너지 수확 뿐만 아니라 능동센서 등 다양한 응용 연구를 수행했다.
이번 연구를 통해, 제안된 마찰전기 나노발전소자는 기존의 금속-유기 프레임워크 기반의 마찰전기 나노발전 소자에 비해 전력 밀도가 9배나 향상되는 놀라운 성과를 달성했고, 또한 제안된 소재(GQDs@MOF-5)는 마찰전기 나노발전기 성능을 왼쪽에서 오른쪽으로 향상시켰다. 특히 본 소자는 전압 885 V와 전류 84 µA의 매우 우수한 성능을 보였다. 이러한 결과로 제안된 GQDs@MOF-5 기반 마찰전기 나노발전소자는 에너지 하베스팅, 헬스 모니터링, 차량 속도 인식과 같은 다양한 응용 분야에 적용될 수 있다.
본 연구는 과학기술정보통신부 지원의 중견연구, 제주대학교 글로벌 지역혁신 선도연구센터 및 교육부 지원의 제주대학교 기초과학연구소 자율운영중점연구지원사업단 지원으로 수행됐다.