▲ 공과대학 신소재공학부 김웅 교수

김웅 교수 연구팀, 新압전소자 물질 결정구조 세계 최초 규명
김웅 교수 연구팀-표준연 김용일 박사팀 공동연구

한국표준과학연구원은 신기능재료표준센터 김용일 박사팀과 고려대 김웅 교수(신소재공학부) 연구팀이 차세대 압전 소자(기계적 압력을 가하면 전기에너지가 발생하는 소자)인 칼륨니오베이트(Potassium Niobate) 나노선(nano wire, 극미세선)의 결정구조를 규명했다고 밝혔다.

결정구조란 물질을 구성하고 있는 원자나 이온이 3차원 공간 안에서 규칙적·반복적으로 배열돼 있는 것을 의미한다.

연구팀은 X-선 및 중성자 회절을 이용해 칼륨니오베이트 나노선의 결정 구조를 알아냈다. 다이아몬드와 흑연은 같은 원자인 탄소로 이뤄져 있지만 결정구조의 차이로 단단함의 정도가 달라지게 된다. 연구결과 칼륨니오베이트는 상온에서는 `사방정계`(결정축 3개가 직교하는 형태)의 결정구조를 갖지만, 나노선으로 바뀌면서 `단사정계`로 구조가 변하는 것으로 나타났다. 단사정계는 결정축 2개가 서로 직교하고, 다른 축은 비스듬히 교차하는 형태의 결정구조다.

칼륨니오베이트 나노선은 자동차 엔진의 진동이나 사람이 걸어 다니면서 바닥을 누르는 힘, 건물·다리의 흔들림 등 버려지는 기계에너지를 전기에너지로 변환시키는 압전소자로 활용될 수 있다.

기존 압전 소자로 `PZT`(납, 질콘, 티탄으로 만든 소재)가 쓰이고 있지만, 납은 사용규제 대상이라 이를 대체할 물질이 필요했다. 칼륨니오베이트가 PZT를 대체할 수 있게 되면, 친환경적인 비납(lead-free)계 압전 물질이 될 수 있을 것으로 기대된다.

홍보팀 서민경(smk920@korea.ac.kr)