서울과기대 김관래 교수팀, AFM 활용 압전 나소선 소재 평가법 개발

탐침 탄성계수에 따른 마찰전기 효과 그래프. (출처=서울과학기술대학교)

서울과학기술대학교는 MSDE학과 김관래 교수 연구팀이 원자힘현미경(AFM)을 이용해 압전 나노선 소재의 크기에 따른 압전 성능을 평가하는 방법을 개발했다고 16일 밝혔다.

AFM에 부착된 미세한 탐침으로 산화아연 나노선을 구부릴 경우 전류가 감지되는 현상이 2006년 발표되면서, 산화아연 나노선의 압전효과가 알려졌다.

압전소재는 높은 압전성을 지닌 벌크 형태의 세라믹으로 대표되는데 유연하지 못한 단점이 있지만, 압전 나노선 소재는 유연한 폴리머 계열의 물질과 혼합하면 웨어러블 전자기기에도 활용될 수 있어 신체활동을 통해 전기적 에너지를 수확할 수 있다.

김 교수팀은 약 100나노미터 크기의 직경을 가진 산화아연 나노선의 압전효과를 체계적인 방법으로 평가하기 위해 전도식 AFM과 횡력 현미경 신호를 동시에 분석하는 연구를 진행했다.

두 현미경에서 얻은 신호들 간의 통계적 분석을 진행한 결과, 산화아연 나노선의 종횡비가 증가할수록 적은 힘으로도 더 큰 전류를 얻을 수 있음이 증명됐다.

이 과정에서 측정되는 전류는 산화아연의 압전효과 뿐만 아니라, 직경이 약 50나노미터인 탐침과 산화아연 표면의 접촉에 의한 마찰전기 효과에 의한 것임을 규명했다.

연구팀은 “이번 연구 결과는 현재 활발하게 진행되고 있는 친환경 무연(lead free) 압전 나노선 소재에 대한 AFM 활용한 압전성능 평가에도 매우 중요한 지침이 될 것”이라고 전망했다.

한국연구재단 이공분야기초연구사업 기본연구의 지원을 받아 수행된 이번 연구의 결과는 국제학술지 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’ 2월호에 게재됐다.


류용환 기자 fkxpfm@viva100.com