한국과학기술원(KAIST) 물리학과 김용현 교수와 신의철 박사, 여호기 한국표준과학연구원 박사가 마찰전기(정전기) 발생 원리를 세계 최초로 규명했다.
이번 연구는 향후 실생활과 반도체 산업에서 원치 않는 정전기 등을 제어하는 데 활용될 것으로 전망된다.
마찰전기의 발생 원리는 그동안 물리학계 난제 중 난제였다.
지금까지 마찰전기의 발생을 정량적으로 설명할 수 있는 이론이 없었으며 경험적 가설을 통해 연구자마다 다른 결과를 보고하고 있는 상황이다.
연구팀은 2014년부터 8년여 간 관련 연구에 매진했다.
연구팀은 두 물질을 마찰시킬 때 경계면에서 발생하는 열에 의해 전하가 이동할 수 있다는 점에 착안해 연구를 진행했다.
결국 열전달 방정식과 물리학계 각종 이론을 풀었고, 결국 정량적으로 이동 전하량을 파악했다.
이를 통해 마찰전기의 발생원리를 밝혀냈다.
연구팀은 이를 증명하기 위한 이론도 직접 만들었다.
마찰전기 팩터 공식을 유도했고, 열전도도와 밀도 등으로 구분해 계산이 가능하도록 했다.
이를 통해 마찰전기로 발생시킬 수 있는 전압강하의 크기를 예측하는 '마찰전기 파워'라는 물리량 K도 연구팀이 최초 제안했다.
이번 연구는 에너지 수확 기술 중 하나인 ‘마찰전기 나노발전기’를 물질 수준에서 설계해 보다 높은 효율을 만드는데 공헌 할 것으로 보인다.
김용현 교수는 “미시세계에서의 열전현상을 양자역학적으로 연구하고 있었기 때문에 인류의 난제인 마찰전기 문제를 해결할 수 있는 행운이 따랐다”며 “이번 연구가 실생활이나 산업에서 정전기를 제어하는 데 널리 이용되길 바란다”고 밝혔다.
이번 연구는 국제학술지 ‘피지컬 리뷰 리서치’에 게재됐다.
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