[사진. (왼쪽부터) 이규형 교수, 김상우 교수, 한기현 박사, 박철오 박사, 이선우 연구원]

공과대학 신소재공학과 이규형·김상우 교수팀(제1저자: 한기현·이선우, 교신저자: 박철오·김상우·이규형)이 광대역 갭 특성 세라믹 소재인 마그네슘 텅스테이트(MgWO4)를 활용해 누설전류에 의한 전하 손실을 억제한 고분자 복합체 기반 마찰전기 나노발전기(TENG)를 개발했다.

고분자에 세라믹을 첨가한 복합체는 유전 특성과 전하 저장 능력을 향상시킬 수 있지만, 세라믹 함량이 증가하면 누설전류와 전하 손실로 인해 오히려 출력이 감소하는 한계가 있었다. 연구팀은 이를 해결하기 위해 세라믹 소재의 높은 유전 특성뿐 아니라 밴드갭과 전기적 절연성을 고려한 새로운 소재 설계 전략을 제시했다.

연구팀은 기존에 개발된 NiWO4보다 넓은 밴드갭을 갖는 MgWO4를 PDMS에 복합화해 누설전류를 효과적으로 억제하는 동시에 고출력을 유지할 수 있는 세라믹 첨가 범위를 확대했고, 이를 통해 고온에서도 낮은 누설 특성과 안정적인 마찰전기 출력을 유지하는 TENG을 개발했다.

이번 연구는 고분자–세라믹 복합체에서 전하 저장과 전하 손실을 동시에 고려한 필러 선택 기준을 제시했다는 데 의미가 있다. 향후 고온 환경에서 구동되는 에너지 하베스터와 자가발전 센서 등 다양한 복합소재 기반 전자소자에 활용될 것으로 기대된다.

[그림] 광대역 갭 특성 MgWO4 복합화를 통한 고온 누설전류 억제 효과

본 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업, 한국산업기술진흥원 산업혁신인재성장지원사업 및 서울앵커센터 서울시 지역성장 인재양성체계(ANCHOR) 지원으로 수행됐으며, 연구 결과는 에너지 소재·소자 전문학술지 'Nano Energy(Impact Factor 16.7, JCR 상위 5.5%)'에 8월 5일 온라인 게재됐다.

• - 논문 제목: Leakage-suppressed MgWO4–PDMS composite triboelectric nanogenerators with an expanded ceramic loading window
• - 논문 주소: https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2026.112269