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다층박막 기반의 압전 나노발전기 소자 구현

국내연구팀, 유전성 및 압전 성능 조절 가능성 확인

기사입력 2014-09-22 01:25:17
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다층박막 기반의 압전 나노발전기 소자 구현
바륨 티타네이트 나노입자 기반의 다층박막에 대한 강유전성



[산업일보]
전자기기의 소형화, 첨단화 및 고집적화 등에 따라 나노미터 스케일에서 재료의 특성 변화에 대한 연구가 큰 관심을 받고 있다. 특히 재료의 크기가 나노미터 스케일로 감소함에 따라 재료의 표면적은 매우 크게 증가하기 때문에 나노재료의 표면에서 일어나는 물리, 화학적 현상에 대한 고찰은 매우 중요하다.

국내 연구팀이 바륨 티타네이트 나노입자와 고분자로 구성된 다층박막 필름을 만들고 이를 전기에너지를 생성하는 압전 나노발전기로 구현하는데 성공했다.

고려대 화공생명공학과 조진한 교수, 김영훈 박사(제1저자), 성균관대 신소재공학부 김상우 교수, 이근영 박사 연구팀이 공동으로 수행한 이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 중견연구자지원사업(도약) 등의 지원으로 수행됐고 재료분야 국제학술지 어드밴스드 펑셔널 머티리얼스지(Advanced Functional Mateirals) 온라인판 8월 18일자에 게재됐다. 향후 프린트판 속표지논문(Inside front cover)으로도 게재될 예정이다.

압력이나 전기장에 의해 전기분극의 방향을 바꿀 수 있는 바륨 티타네이트 나노입자는 압전소자나 비휘발성 메모리 등의 다양한 전기 소자에 응용될 수 있지만 이를 위해서는 나노미터 스케일에서의 특성변화를 완전히 이해하는 것이 관건이었다.

연구팀은 직경 약 10 nm의 바륨 티타네이트 나노입자와 고분자 재료를 반복적으로 쌓아올린 수십에서 수백 nm 두께의 다층박막 필름을 제작해 이를 압전 나노발전기에 구현했다.

무극성 용매에서 박막을 조립함으로써 기존처럼 극성용매인 물에서 조립할 때 나타날 수 있는 입자의 흡착량 감소나 누설전류 발생 문제를 완화할 수 있을 것으로 기대된다.

한편 고분자 대신 탄소나노튜브를 이용한다면 리튬이온전지 등 다양한 에너지 저장소자에도 응용될 수 있을 전망이다.

실제 일정하게 누르는 힘을 반복적으로 가해줌으로써 커패시터의 도움 없이 LED 소자를 구동할 수 있는 수준(1.8 V의 출력전압과 700nA의 출력전류)의 전기발생을 확인했다.

조교수는 “박막의 두께나 사용된 나노입자의 크기, 고분자의 종류를 달리함에 따라 이러한 압전성능을 조절할 수 있어 다양한 에너지 소자로의 응용 가능성이 더욱 넓어질 것으로 기대된다.”고 밝혔다.



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