전북대학교 연구진이 새로운 나노구조를 이용해 환경오염 물질인 납 성분이 없는 고효율 압전소재를 개발해 세계 학계의 주목을 받고 있다. 전북대 정창규 교수팀(공대 신소재공학부)은 경북대 박귀일 교수팀, 한국세라믹기술원 조성범 박사팀과 공동 연구를 통해 코어(core)-쉘(shell) 나노구조의 비납계 압전소재를 개발하고, 기존 소재 대비 2배 이상 증폭된 압전효과를 증명했다고 14일 밝혔다.
이번 연구 결과는 나노소재·에너지 분야 저명 학술지인 ‘나노 에너지(Nano Energy, Impact factor: 17.881)’ 8월 31일자 온라인판에 게재됐다. 현재 압전소재로 티탄산지르콘산납(PZT)이 가장 많이 사용되고 있지만 국제 환경 규제 정책의 일환인 납 사용 제한으로 티탄산지르콘산납을 대체할 수 있는 비납계 압전소재의 개발이 시급한 상황이다. 이러한 단점 극복을 위해 연구팀은 내부(코어)는 티탄산바륨, 외부(쉘)는 티탄산스트론튬(SrTiO3)으로 구성된 코어-쉘 나노입자 구조를 개발했다.
코어와 쉘의 명확한 경계 없이 나노입자 전체에 걸쳐 티탄산스트론튬에서 티탄산바륨으로 연속적으로 원소의 농도를 변화시키는 구조를 만들어서 변전효과(변형율이 작용되었을 때 재료 내부에 전기적인 변화가 생기는 현상)를 유도했고, 이것이 압전 특성을 증폭시킬 수 있음을 입증했다. 개발된 코어-쉘 나노입자는 기존 티탄산바륨 나노입자 대비 2배 이상 향상된 압전효과를 나타냈다.
정창규 교수는 “이번 연구는 나노소재의 구조 및 조성 변화 따라서 압전효과를 증폭하고 조정할 수 있다는 점을 실험에서부터 이론에 이르기까지 증명하였다는 점에서 앞으로 에너지 및 센서 소자 개발에 있어서 중요하게 적용될 수 있다”며 “또한 기존의 변전효과 연구는 주로 박막에서만 보고되었는데, 나노입자에서 증명했다는 점에서 물리적으로 중요한 의의가 있다”고 밝혔다.김영무기자
