▲ 털, 실크, 나일론, 금속, 고무, 플라스틱 등이 포함된 이론 마찰 대전열 개념도. KAIST 제공

KAIST(총장 이광형)는 물리학과 김용현 교수 연구팀이 수천 년 동안 해결되지 않은 난제 중의 난제로 알려진 마찰전기 발생 원리를 세계 최초로 규명했다고 26일 밝혔다.

김 교수 연구팀은 두 물질을 마찰시킬 때 경계면에서 발생하는 열에 의해 전하가 이동할 수 있다는 아이디어를 바탕으로 ‘제1 원리 전자구조 계산’과 ‘열전달 방정식’을 풀어 마찰전기의 미시적 작동원리를 찾아냈고 기존에 알려진 실험적 사실을 정성적으로 기술할 수 있었을 뿐만 아니라 정량적으로도 이동 전하량을 설명해 낼 수 있었다. 연구팀은 마찰전의 전하 이동 방향을 예측할 수 있는 ‘마찰전기 팩터’ 공식을 유도했으며 이를 이용해 세계 최초의 이론 마찰 대전열을 구성했다.

마찰전기 팩터는 제벡 계수(단위 온도차에서 유도되는 전압), 밀도, 비열, 열전도도 등 물질 특성으로 구성돼 있다. 또한 마찰전기로 발생시킬 수 있는 전압강하의 크기를 예측하는 `마찰전기 파워(triboelectric power)'라는 물리량 K도 연구팀이 최초로 제안했다.

김 교수는 “마찰전기에 대한 미시적 이해를 통해 보다 고효율 마찰전기 나노 발전기를 물질 수준에서 설계할 수 있게 됐으며 실생활이나 산업에서 정전기를 제어하는 데 널리 이용되기를 바란다” 고 말했다.

박정환 기자 pjh@ggilbo.com

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