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나방 눈 구조 모방해 비가 오나 해가 뜨나 전기 생산하는 유리 만든다

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나방 눈 구조 모방해 비가 오나 해가 뜨나 전기 생산하는 유리 만든다

2019.03.19 14:24
이번 연구 결과를 묘사했다. 나방 눈 구조를 흉내낸 표면 구조를 지닌 유리를 써서, 빛 투과율은 높이고 물은 잘 흘려 보내며 전기까지 생산할 수 있는 유리가 탄생했다. 사진 제공 김동성
이번 연구 결과를 묘사했다. 나방 눈 구조를 흉내낸 표면 구조를 지닌 유리를 써서, 빛 투과율은 높이고 물은 잘 흘려 보내며 전기까지 생산할 수 있는 유리가 탄생했다. 사진 제공 김동성

야행성인 나방의 눈 표면에 나 있는 미세한 나노 구조를 본 따 어두운 환경에서도 빛을 잘 흡수하는 유리가 개발됐다. 빛 흡수 효율이 좋은데다 먼지가 묻지 않아 태양광 패널 등의 효율성을 높이는 데 큰 도움이 될 것으로 기대된다. 더구나 비가 올 때엔 빗방울이 일으키는 마찰력으로 전기를 생산해 태양광 발전의 가장 큰 단점인 날씨에 따른 전기 생산 부족 현상을 극복할 가능성도 생겼다.


포스텍은 김동성 포스텍 기계공학과 교수와 유동현 연구원, 임현의 한국기계연구원 나노자연모사연구실장팀이 빛 반사가 없는 자기세정 유리를 개발해 태양광 패널의 발전 효율을 높이고, 추가로 마찰전기까지 얻는 기술을 개발했다고 19일 밝혔다. 연구 결과는 나노 분야 국제학술지 ‘나노에너지’ 3월호에 발표됐다.


연구팀은 어두운 곳에서 활동하는 나방이 빛을 잘 흡수하는 독특한 눈 표면 구조를 지니고 있다는 사실에 착안해, 나방 눈 표면의 나노 구조를 유리에 모사했다. 나방의 눈에는 굵기가 수십nm(나노미터. 1nm는 10억 분의 1m)이고 길이는 약 100nm인 작은 돌기가 무수히 약 100nm 간격으로 무수히 나 있다. 이를 ‘나노필라’ 구조라고 하는데, 돌기 크기가 가시광선의 파장보다 짧아 빛이 그냥 통과하고 반사하지 않는다. 


연구팀은 이 구조를 흉내 내 약 200nm 간격으로 수백nm 길이의 돌기가 나 있는 새로운 유리를 만들었다. 이 유리는 그냥 봐서는 일반 유리와 똑같은데, 빛을 반사시켰을 때 반사량이 일반 유리보다 월등히 적어 빛을 통과시키는 효율이 높다. 게다가 돌기로 가득한 표면은 물방울 등이 잘 붙지 않기에 오염물이 묻을 확률도 매우 낮다. 먼지 등이 저절로 씻겨가는 자기세정 기능을 갖는 것이다.


연구팀은 여기에, 표면에서 튀어 굴러 떨어지는 물방울이 유리 표면을 마찰하면서 일으키는 ‘분극 현상’을 이용해 적은 양이지만 전기를 생산하는 데에도 성공했다. 플라스틱 빗을 머리에 문지르면 정전기가 생긴다. 이는 한 쪽에 양(+)전하가, 반대쪽에 음(-)전하가 생기는 ‘분극 현상’ 때문이다. 연구팀은 물방울이 나노필라 구조를 갖는 유리 표면 위에서 이동할 때에도 마찬가지 현상이 일어나며, 이 때 생긴 전기를 전극을 이용해 모으는 데 성공했다.


임 실장은 전화 통화에서  “태양광 패널에 마찰력을 이용한 전기 생산 기술을 적용해 비 오는 날 전기를 생산하려는 연구가 기존에도 있었지만, 이 경우 전극이 삽입돼 태양광 패널을 가리기 때문에 발전 효율이 떨어진다는 단점이 있었다”며 “우리 연구팀은 은나노와이어를 쓴 전극을 쓰고 나방 눈 표면 구조를 이용해 빛 흡수 효율을 높여 그런 단점을 상쇄했다. 태양광 발전과 비 오는 날 마찰전기 생산 모두 할 수 있으며 자기세정 효과로 유지보수비용도 적은 태양광 패널을 만들 가능성을 제시했다”고 연구 의의를 설명했다.
 

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