Triboelectric generators (TENGs) that can produce electricity from renewable energy sources has been diversely researched since it was first developed in 2012. In particular, TENG can be applied to power sources of portable electronics and self- powered sensors which can detect various physical value owing to the lightweight and flexibility. However, a stable output energy should be generated by TENGs to operate electronics as the power source. Furthermore, the flexibility of a sensor attached on the body should be required to measure human motion. Herein, we developed TENG and sensor based on the biomaterial for electronics and wearable devices. First, a chitosan-diatom composite film was utilized for a triboelectric material of TENG not only to harvest the human motion energy but also to measure the joint motion. Secondly, a chitosan-catechol-diatom hydrogel was fabricated to utilize an electrode of stretchable TENG. Finally, YbNTiO2@C was synthesized to enhance the positivity of triboelectric materials. The TENG developed in this study can be used not only as a power source for next generation electronics but also as self-powered sensors, which will greatly contribute to the implementation of smart wearable devices and wireless sensor network system.
신재생 에너지원에서 전기를 생산할 수 있는 마찰전기 발전기에 대한 연구는 2012년 최초로 개발된 이후로 다양하게 진행되고 있다. 특히, 마찰전기 발전기는 가볍고 유연하여 휴대용 전자기기의 전원 공급과 다양한 물리량을 감지하는 자가 발전 센서로 사용되고 있다. 그러나 마찰전기 발전기가 휴대용 전자기기의 전원으로 사용하기 위해서는 일정한 크기의 출력을 발생해야 한다. 또한, 인체에 밀착하여 인체 움직임을 감지하는 센서는 신축성과 생체적합성이 있어야 한다. 본 연구에서는 휴대용 전자기기 및 웨어러블 장치에 사용하기 위하여 생체물질 기반 마찰전기 발전기와 센서를 제작하였다. 첫째, 키토산-다이아톰 복합필름을 마찰전기 발전기의 마찰 재료로 사용하여 사람의 운동 에너지를 이용한 에너지 하베스터와 관절의 움직임을 측정하는 자가 발전 센서를 개발하였다. 둘째, 키토산-카테콜-다이아톰 하이드로 젤을 제작하여 신축성이 큰 마찰전기 발전기에 활용하였다. 셋째, YbNTiO2@C 를 합성한 후, 양의 마찰물질에 첨가하여 마찰전기 발전기의 성능을 향상했다. 본 연구에서 개발된 마찰전기 발전기는 차세대 전자기기의 전원 공급 뿐만 아니라 다양한 물리량을 감지하는 센서로 활용되어 스마트 웨어러블 기기나 무선 센서 네트워크 구현에 크게 기여할 것이다.
