[한국원자력연구원 제공. 재판매 및 DB 금지]

(대전= 박주영 기자 = 한국원자력연구원은 납을 사용하지 않고도 우수한 성능을 가진 친환경 압전소재를 개발했다고 28일 밝혔다.

압전소재는 압력을 전기로 변환하는 소자로 고감도 센서나 반도체 등 다양한 분야에 활용된다.

기존 '납 티탄산 지르코늄' 소재는 인체·환경 유해성 때문에 세계적으로 금지되는 추세로, 납을 사용하지 않는 친환경 비(非)납계 압전소재에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

원자력연 박규현·이민구 박사 연구팀은 기존 비납계 압전 세라믹 소재 상용화에 걸림돌이던 온도 불안정성 문제를 극복했다.

온도에 따라 상반된 압전성능 변화를 보이는 두 소재를 번갈아 쌓은 적측형 압전 복합소재를 통해 문제를 해결했다.

온도가 높아질수록 압전성능이 감소하는 '칼륨 소듐 니오베이트'(KNN)계 물질과 반대로 압전성능이 향상되는 '비스무트페라이트'(BF)계 물질의 복합 비율을 최적화하는 방법으로 300도까지 온도가 올라가도 압전성능 변화 비율을 4.7% 이내로 유지하는 데 성공했다.

기존 비납계 압전세라믹 소재의 온도 안정성이 최대 100도에서 150도(압전성능 변화 비율은 10% 이내)인 것과 비교하면 2배 이상 향상된 결과로, 세계 최고 수준의 성능이라고 원자력연은 설명했다.

특히 300도 이상에서도 압전 성능을 의미하는 압전상수(힘을 가할 때 발생하는 전하의 양)가 최소 150 이상으로 고온에서도 압전 성능이 우수하다.

원자력 발전과 같은 고온 환경에서 사용하는 고감도 센서, 압전 부품·소자 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

박태진 기기안전진단연구부장은 "온도와 방사선이 높은 원전과 같은 가혹 환경에서 사용하는 특수 센서는 해외 기술에 의존해왔다"며 "이번 기술을 특수 센서 분야에 우선 활용할 계획"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지 '저널 옵 머티리얼즈 케미스트리 A'(Journal of Materials Chemistry A) 9월호에 실렸다.

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