▲ 한국세라믹기술원 연구팀의 신호용 연구원이 개발된 압전복합체를 보여주고 있다..

세계 최고 수준의 압전성능을 가진 단결정과 복합체 소재가 국내 연구진에 의해 개발돼 의료, 산업, 국방용 센서에 널리 적용될 전망이다.

한국세라믹기술원(원장 강석중) 임종인 박사와 ㈜세라콤(대표 백원선), ㈜아이블포토닉스(대표 이상구), ㈜기노리(대표 변동호) 공동연구팀은 최근 산업부 핵심방산소재기술개발사업의 성공적인 수행을 통해 세계 최고 수준의 압전 단결정과 복합체 소재를 개발하였다고 1일 밝혔다.

압전은 힘을 주었을 때 전기가 발생하고, 전기를 주었을 때 변위를 일으키는 기능을 말하는 것으로 현재 압전 소재는 국방용 수중음향센서, 산업용 초음파 센서, 의료용 초음파 진단기 등 다양한 분야에 적용되는 핵심소재다.

이번에 개발된 압전단결정은 기존 소재보다 유전상수, 압전상수 뿐만 아니라 상전이온도까지 향상시켜 부품 소형화 및 온도 안전성 등을 통해 활용분야가 확대될 전망이다. 기존의 압전단결정(PMN-PT계)은 우수한 압전 특성에도 불구하고 60도 이상에서는 활용분야가 한정적이었고 소재특성상 유전상수와 압전상수를 향상시키면 사용온도가 오히려 낮아지는 한계가 있었다.

또한, 연구진은 압전재료와 고분자를 결합한 압전복합체의 소재와 공정을 개선해 경량화 및 대형화는 물론, 응답성능 증가 등 제품성능을 높였다. 소재의 경우 압전세라믹이 차지하던 일부를 고분자로 대체하고 구조를 단순화시켜 경량화했고 플라스틱 성형방법인 분말사출성형공법을 적용해 보다 균일한 특성으로 대형화 및 대량생산이 가능해졌다. 이를 통해 복잡한 3차원 형상의 소재 및 곡면형 대형 패널 형태로도 제조가 가능해져 무인 잠수정의 측면과 같이 국방용으로 적용할 수 있게 됐다.

한편 압전단결정 및 압전복합체는 미국, 프랑스 등 선진국에서는 국방용으로도 활발하게 적용 중이나 반면, 국내에서는 의료용 및 산업용 센서 소재로 일부 적용되고 국방용으로 적용 검토 중이다.