정창규 교수(공대 신소재공학부 전자재료공학)가 압전(壓電) 특성을 지닌 전자세라믹스 나노선(Nanowire)과 압전 고분자 소재 간의 상호작용을 이용해 ‘고성능 압전 복합재료’를 만들 수 있음을 밝혔다.

  이 연구결과는 나노 재료 분야 세계적 저널인 『Small』(IF=8.643) 최신호(5월 두 번째 호)에 게재되며 세계 학계의 주목을 받고 있다.

  압전 재료는 한자어 그대로 기계적 힘을 가해 전기 에너지를 만들 수 있게 하는 특수한 재료를 말한다. 전기라이터나 가스레인지, 카메라 엑추에이터 등에 널리 사용되고 있다.

  대표적인 예로는 바륨티탄산(BaTiO3)이나 티탄산 지르콘산 납(PZT)과 같은 전자세라믹스 등이 있다. 이들의 작동 원리 등은 매우 널리 알려져 있다. 최근 들어서는 기계적 에너지를 수확하여 전기를 만드는 ‘에너지 하베스팅’기술에 적용되어 많이 연구되고 있다.

  고분자 물질 중에서도 폴리플루오르화비닐리덴(PVDF) 등 일부 재료들이 압전 특성을 보인다. 특히 이들은 쉽게 휘어진다는 장점이 있어 에너지 하베스팅 기술은 물론 돌돌 말리는 스피커 등에 사용될 수 있어서 많은 주목을 받고 있다.

  그럼에도 불구하고 이 재료들은 일반적인 압전 세라믹스와는 전혀 다른 압전 양상을 보이기 때문에 활용과 이해가 어렵고, 일반 압전 세라믹스와 함께 효과적으로 사용하는 것은 더욱 어려운 것으로 여겨지고 있다.

  이번 연구는 널리 알려진 압전 고분자인 폴리플루오르화비닐리덴이 전자세라믹스와는 전혀 다른 양상을 보임에도 항상 압전 세라믹스와 같은 방식으로 다뤄졌던 문제점을 개선하고 더욱 높은 에너지 하베스팅 특성을 보일 수 있다는 것을 증명한 연구다.

  정 교수는 바륨티탄산 나노선과 폴리플루오르화비닐리덴을 섞어 정교한 전기장 제어를 이용하여 효과적인 압전 에너지 하베스팅 소자를 만들 수 있음을 밝혔다.

  특히 나노선의 형태적 장점과 해당 복합재료의 기계적 강화 특성, 다중물리 시뮬레이션 연구 등이 융합되어 압전 전자세라믹스와 전자고분자의 시너지효과를 내는 방법에 대해서도 깊이 연구돼 앞으로의 성과도 기대된다.

  정 교수는 “이번 연구 성과는 압전 고분자 재료에 대한 기존의 단점을 보완한 연구로 의의가 있다고 생각한다”며 “미래 에너지 저장 분야 등에 널리 활용될 것으로 기대된다”고 말했다.

  한편, 정 교수는 현재 전자세라믹스 연구와 동시에 전자고분자, 자연환경 바이오소재와 융합하는 신개념 전자재료 연구들을 진행 중이다.

  이번 연구 결과는 경남과학기술대학교 및 미국 아이비리그인 브라운 대학교와의 긴밀한 공동 연구를 통해 진행되었으며, 현재 후속 연구를 준비 중이다.​