맥박이 뛰면 전기가 '파파팍'..미세 운동 감지하는 압전소자 개발

23일 생기원 연구팀

국내 연구팀이 맥박 반응 같이 미약한 움직임에도 구동되는 압전소자를 개발했다. 한국생산기술연구원 제공

압전소자는 재료에 기계적 힘을 가하면 전기적 신호가 발생하는 압전효과로 전기를 만들고 수확하는 장치다. 국내 연구팀이 맥박 같이 미약한 움직임에도 구동되는 압전소자를 개발했다.

김강민 한국생산기술연구원 기능성소재부품연구그룹 수석연구원팀은 미세한 움직임까지 감지하는 고민감도 압전소자를 개발했다고 23일 밝혔다. 유연성까지 갖춰 소형 정밀기계나 군사, 의료, 우주 항공, 재생에너지 등 다양한 분야에서 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

압전소자는 압전효과를 지닌 압전재료로 만들어진다. 가공이 쉽고 인체 친화적인 ‘P(VDF-TrFE)’란 소재가 쓰이는데 내구성이 뛰어난 반면 압전 성능이 떨어지는게 단점으로 꼽힌다. 또 다른 소재인 ‘P(VDF-TrFE) 나노파이버’는 P(VDF-TrFE)보다 압전 성능이 우수하지만 출력 성능이 낮아 실용화에 어려움을 겪고 있다.

연구팀이 개발한 압전소자는 우수한 압전 성능에 높은 출력 성능을 보인다. 출력성능이 전류값 97.5V, 전압값 1.16마이크로암페어(μA)로 기존 압전소자들이 보이는 전류값인 65V와 전압값인 1.6μA보다 높다. 연구팀은 “이런 특성 때문에 미세한 움직임을 감지할 수 있다”며 “유연한 소재로 굴곡이 많은 인체에도 다양하게 적용할 수 있다”고 설명했다. 

또 개발한 압전소자는 친환경공법으로 제조된다는 것이 장점으로 꼽힌다. 그동안 압전소자의 출력성능을 높이기 위해 사용돼 온 납 티탄산 지르코늄(PZT)의 경우 압전 특성은 우수한 반면 납이 포함된 소재여서 인체와 접촉해야 하는 제품에는 사용할 수 없고 환경에도 유해하다는 지적을 받아 왔다. 개발한 압전소자는 티탄산 지르코늄을 사용하지 않는다.

김 수석연구원은 “의료용 웨어러블이나 신재생에너지 분야 센서, 자가발전 소자로 활용이 기대된다”고 밝혔다. 이번 연구결과는 국제학술지 ‘나노 에너지’에 지난 5월 공개됐다.
 

[고재원 기자 jawon1212@donga.com]