압전소자 활용 가능성 활짝…국내 연구진 ‘h-BN’ 압전상수 최초 측정

▲한 연구진이 이경자 한국원자력연구원 박사와 박귀일 경북대학교 교수 공동연구팀이 개발한 플렉시블 압전소자를 들고 있다.

[에너지경제신문 최윤지 기자] 국내 연구진이 이론적으로만 알려져 있던 이차원 육방정계 질화붕소(h-BN)의 압전상수를 측정하는 데 최초로 성공하며 미세한 힘으로도 전기를 생산할 수 있는 압전소자의 활용 가능성을 시사했다.

이경자 한국원자력연구원 박사와 박귀일 경북대학교 교수 공동연구팀은 6일 h-BN의 압전상수를 최초로 측정하는 데 성공하고, 이를 응용해 스마트 센서 개발 등에 활용될 수 있는 플렉시블 압전소자를 개발했다고 밝혔다.

h-BN은 고성능 전기절연 방열소재 개발에 사용되기 시작하면서 주목 받고 있다. h-BN이 압전성을 가진다는 사실은 그동안 이론적으로 알려져 있었지만, 국내 공동연구팀이 이번 실험을 통해 압전상수 측정에 성공하면서 h-BN의 압전성을 입증해냈다.

공동연구팀은 실험을 위해 분말형태의 나노플레이크로 수~수십 나노미터 두께의 얇은 h-BN을 제작했다. 이후 플라스틱판에 h-BN 분말을 올려놓고 플라스틱판을 구부렸을 때 나오는 전압 신호를 측정해 압전상수를 계산해냈다. 압전상수를 실험적으로 측정 및 보고한 것은 이번이 최초이다. 측정값을 통해 h-BN을 자유자재로 활용할 수 있을 뿐만 아니라 다양한 신소재를 개발할 수 있는 길이 열린 것이다.

붕소(B)와 질소(N)가 육각형 벌집 모양으로 결합한 질화붕소는 중심대칭이 깨져있어 이로 인해 압전성을 갖는다. h-BN은 압전성을 비롯해 우수한 전기절연성, 화학적 안정성, 방열성 및 방사선 차폐능을 가지고 있어, 고온 및 방사능을 버텨야 하는 원전 및 우주항공 소재에 널리 사용될 수 있다.

연구진은 실험 결과로 도출한 압전상수를 활용해 h-BN 나노플레이크와 폴리머를 복합화한 플렉시블 압전소자도 제작해냈다.

미세한 힘만으로 전기를 생산할 수 있는 플렉시블 압전소자는 플렉시블 또는 웨어러블 전자기기를 충전 없이 언제 어디서나 사용 가능할 수 있게 하는 차세대 에너지 소자로 주목받고 있다. 이외에도 신체에 부착하는 스마트 센서의 영구 에너지원으로도 사용이 가능할 전망이다.

해당 연구결과는 미국 화학회(ACS)가 발행하는 화학소재 분야 최우수 저널인 ‘응용 재료 및 인터페이스 저널(ACS Applied Materials & Interfaces)’ 최신호에 게재되며 학계에서 주목을 받고 있다.

박진호 한국원자력연구원 원자력안전연구소 소장은 "h-BN은 압전성을 비롯해 우수한 방열성 및 방사선 차폐능 등의 성질로 인해 응용 가능성이 무궁무진하다"며 "앞으로도 연구원은 h-BN을 고온 방사선 극한환경용 스마트 센서 및 무선센서 네트워크 구현을 위한 에너지 하베스팅 기술 개발 등에 활용하기 위한 연구를 지속해 나갈 계획"이라고 밝혔다.