재료연구소가 납을 쓰지 않고 스스로 성장하는 압전 단결정 소재 개발에 성공했다. 환경오염을 줄일 수 있는 또 하나의 신기술로 평가된다.
안철우 재료연구소 분말세라믹연구본부 연구팀(이하 안 연구팀)은 환경오염 물질인 납을 사용하지 않고 압전 단결정을 쉽게 만들 수 있는 기술을 세계 최초로 개발했다고 25일 밝혔다.
압전성은 물체에 변형을 가할 때 전기가 발생하고 반대로 전기를 가하면 물체에 변형이 일어나는 성질을 말한다. 압전성을 띤 소자는 대부분의 전자제품에 필수 부품으로, 특히 진동 센서나 초음파 센서 등 무인 기술, 의료 기술 분야에 많이 활용되고 있다.
하지만 압전 소재는 환경오염 물질인 ‘납’을 함유하고 있다는 것이 단점이다. 아직까지 대체 소재로 납 만큼 필요한 특성을 갖춘 재료를 개발하지 못했다.
안 연구팀은 납을 사용하지 않고도 기존 대비 월등히 높은 전압이 발생하는 친환경 압전 단결정 제조기술을 개발했다.
기존 압전 소재는 씨앗 물질(결정 성장의 시작점이 되는 핵)을 사용해 고온(약 1050~1125℃)에서 100~300시간 열처리 공정으로 단결정을 제조했다. 결정 크기는 0.02~0.1mm 정도다.
안 연구팀은 씨앗 물질을 사용하지 않아 열처리 시간을 2~10시간으로 단축했다.
특별한 공정 없이 소재의 디자인만으로 열처리 공정에서 휘발돼 부족해지는 구성 원소를 스스로 채우도록 만든 것이다. 이렇게 만든 단결정 크기는 20mm 이상으로 기존 납 기반 재료의 단결정보다 우수한 특성을 나타냈다.
안철우 연구원은 “이 기술을 상용화하면 납을 포함한 압전 재료를 대체할 수 있어 환경오염을 줄이는 데 크게 기여할 수 있다”고 말했다.
이번 연구 성과는 네이처 자매지 사이언티픽 리포트에 게재될 예정이다.
창원=임동식기자 dslim@etnews.com
