[한국기술뉴스] 한국세라믹기술원 정영훈 연구팀은 유연성 및 내구성 및 압전효과 향상시키는 피에조 파이버 컴포지트 구조체를 개발했다. 개발된 기술은 한국세라믹기술원 산학협력단을 통해 2013년 12월 02일 특허를 출원(출원번호 제1020130148302호)했다. 특허 명칭은 '피에조 파이버 컴포지트 구조체 및 이를 이용한 소자’이다. 현재 특허 등록이 완료돼 산업에서 기술을 활용할 수 있도록 기술이전을 추진할 계획이다. 

[기자]

압전 섬유 복합체는 압전 특성에 의해 전기적 신호를 받을 때 변형됩니다. 반대로 힘에 의해 압전 섬유가 변형될 경우 전기적 신호를 발생시킵니다. 나사에서 개발한 압전 섬유 복합체인 MFC는 적은 비용으로 높은 성능을 지녔습니다. 세라믹을 사용함에도 준수한 유연성과 내구성을 가져 각종 센서나 액츄에이터 등 다양한 장치에 활용되고 있습니다.

MFC 구조체는 유연한 성질에 의해 적은 힘에도 민감하게 변형되며, 변형에 따른 전력 생산이 가능해 에너지 하베스팅 소자로도 활용됩니다. 하지만 압전 섬유 복합체를 이용한 소자는 외력이 가해졌을 때 압전 세라믹 로드에 금이 발생하거나 부러질 수 있습니다. 세라믹 자체 강성 때문에 높은 유연성을 필요로하는 웨어러블 장치에 활용하기 어려워 내구성과 유연성을 향상시킬 수 있는 방법이 필요한 실정입니다.

한국세라믹기술원 연구팀은 세라믹의 연결 구조를 변경해 유연성과 내구성, 압전 효과를 향상시킨 구조체를 개발했습니다.

압전 세라믹과 다른 압전 세라믹을 금속층으로 연결하며, 금속층 사이를 접착제를 이용해 더욱 견고하게 연결합니다. 이때 접착제 층에 의해 각각의 압전 세라믹이 절연상태가 되므로, 금속 브릿지를 형성해 세라믹 사이에 신호 전달이 가능하게 합니다. 길게 연결된 압전 세라믹은 접착제를 이용해 원하는 크기로 만들 수 있으며, 필요에 따라 압전 세라믹을 쌓아 3차원 구조로 만들 수 있습니다. 세라믹 판의 위와 아래에 전극 패턴이 있는 지지판을 부착 시켜 구조체를 완성합니다.

본 구조체는 여러 개의 압전 세라믹을 접착제와 금속 브릿지를 이용해 연결해 높은 내구성과 유연성을 지녔습니다. 또한 압전 세라믹을 폴링할 경우 연결된 모든 세라믹에서 압전 효과가 발생해 빠르고 뛰어난 압전 효과를 지녔습니다.

본 제조법을 이용할 경우 고성능의 압전 구조체를 원하는 크기로 제작할 수 있습니다. 높은 내구성과 유연성을 지닌 구조체를 제공함으로써 곡선형 웨어러블 장치나 스마트 의류 개발 등의 내구성과 성능 향상에 기여할 것으로 기대됩니다.