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소개

가까운 미래에 인체에 부착하거나 입을 수 있는 형태의 웨어러블 전자기기(wearable electronics) 시장이 크게 열릴 것으로전망되고 있습니다.


특히 수많은 센서 네트워크로 연결되는 사물인터넷 (IoT, Internet of Things) 시대가 열리게 되면 사람들은 많은 센서들을 몸에 지니고 다니면서 주변 기기와의 실시간 통신을 하게 될 것입니다. 하지만, 몸에 부착되는 여러 가지 센서들을 일일이 충전하는 것은 대단히 번거로운 일이므로 IoT 의 실제 상용화와 광범위한 확대를 위해서는 센서들에 공급되는 전력문제가 해결되어야 합니다.

이 문제를 가장 효과적으로 해결할 수 있는 방법은 에너지 하베스팅 기술을 센서 네트워크 기술과 융합하여 자가 발전형 시스템(self-powered system)으로 구현하는 것입니다. 만일, 체열을 에너지원으로 사용하여 발전하게 되면, 실내외 구분 없이, 움직임의 여부와 관계없이 언제 어디서나 전기 에너지를 지속적으로 생산할 수 있게 되므로 자가 발전형 시스템 구현에 가장 적합하다고 볼 수 있습니다.

열전현상은 온도차에 의해 전위차가 자발적으로 발생하는 현상으로 열전소자로 구현할 경우 열에너지를 사용하여 발전을 할 수도 있고, 역으로 전기를 공급하여 냉각을 시킬 수도 있는 기능을 가지고 있습니다. 하지만, 현재의 열전소자는 세라믹 기판과 무기물 열전반도체 물질로 구성된 4각형 평판구조로써, 무겁고, bulky 하며 유연하지 않아, 인체에 사용하는 것은 전혀 실용성이 없습니다. 또한 우리 주위의 실제 열원은 대부분 임의의 곡면을 가지고 있으므로, 열전소자를 적용하는데 구조적으로 어려워 적용범위에 한계가 있고, 평면과 곡면간의 나쁜 열 접촉으로 열손실을 초래하고, 세라믹 기판에 의한 열손실을 피할 수 없는 구조적인 문제점이 있있습니다.

유연열전소자는 기존의 열전소자가 사용될 수 없었던 영역 (웨어러블 기기 및 센서, 의료, 스포츠용, 자동차, 레저 등등) 에 새로운 응용을 개척할 수 있을 뿐만 아니라, 시스템 디자인에 자유도를 극대화 함으로써, 세상에 없었던 새로운 것들의 출현을 가능하게 하여, 새로운 산업군을 형성할 수 있는 산업 기반 기술이 될 것입니다.

본 연구센터에서는 상기 서술한 유연열전소자에 국한하지 않고, 기 개발된 기술을 계승 발전시켜, 상온용 발전, 상온용 냉각, 중온용 발전까지 확장함으로써, 세상에 없던 상온 및 중온용 유연열전소자를 최초로 상용화할 뿐만 아니라, 관련 응용 시스템까지 개발함으로써, 열전 소자 관련 새로운 산업군을 형성하고자 합니다.