[대학저널 백두산 기자] 서울과학기술대학교 MSDE학과 김관래 교수 연구팀(제1저자 양이준 연구원)이 원자힘현미경(Atomic Force Mciriscope, AFM)을 이용해, 압전 나노선 소재의 크기에 따른 압전 성능을 평가하는 방법을 개발했다.
압전 소재는 오래전부터 높은 압전성을 지닌 벌크 형태의 세라믹으로 대표되는데, 유연하지 못한 단점을 지녔다.
반면, 압전 나노선 소재의 경우, 유연한 폴리머 계열의 물질과 혼합하면 웨어러블 전자기기에도 활용될 수 있어 신체활동으로부터 전기적 에너지를 수확할 수 있다.
김관래 교수 연구팀은 약 100나노미터 크기의 직경을 가진 산화아연 나노선의 압전효과를 체계적인 방법으로 평가하기 위하여, 최초로 전도식 원자힘현미경(Conductive AFM)과 횡력 현미경(Lateral Force Microscope) 신호를 동시에 분석하는 연구를 시도했다.
두 현미경에서 얻은 신호들 간의 통계적 분석을 진행한 결과, 산화아연 나노선의 종횡비가 증가할수록 적은 힘으로도 더 큰 전류를 얻을 수 있음이 증명됐다.
또한, 이 과정에서 측정되는 전류가 산화아연의 압전효과 뿐만 아니라 직경이 약 50나노미터인 탐침과 산화아연 표면의 접촉에 의한 마찰전기 효과에 의한 것임을 규명했다.
이번 연구 결과는 현재 활발하게 진행되고 있는 친환경 무연(lead free) 압전 나노선 소재에 대한 원자힘현미경을 활용한 압전성능 평가에도 매우 중요한 지침이 될 전망이다.
이번 연구에 대한 내용은 국제학술지 「네이처」 자매지인 「사이언티픽 리포트(Scientific Reports)」 2월 호에 게재됐다. 이 연구는 한국연구재단의 이공분야기초연구사업 기본연구(2019R1F1A1057944)의 지원을 받아 수행됐다.
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