[한국기술뉴스] 한국세라믹기술원 소재융합고도화연구본부 정영훈 연구팀은 우수한 압전 소재를 제공하는 다결정 및 단결정 결합 압전소재를 개발했다. 개발된 기술은 한국세라믹기술원 산학협력단을 통해 2020년 12월 18일 특허를 출원(출원번호 제1020200178326호)했다. 특허 명칭은 'BaTiO3 씨드층을 포함한 다결정 BiScO3-PBTiO3 압전 소재 및 이의 제조 방법’이다. 현재 특허 등록이 완료돼 산업에서 기술을 활용할 수 있도록 기술이전을 추진할 계획이다. 

[기자]

압전 소재는 기계의 변형이나 진동을 전기신호와 상호 변환할 수 있습니다. 이를 통해 음향 기기나 센서, 통신 기기 등 다양한 분야에 활용되고 있습니다. 압전 소재는 내부의 결정 형태에 따라 단결정 압전 소재와 다결정 압전 소재로 나뉩니다. 단결정 압전 소재는 우수한 압전 특성을 갖습니다. 그러나 제조에 많은 시간과 비용이 소요되며, 깨지기 쉽다는 단점이 있습니다. 다결정 압전 소재는 단결정 소재보다 저렴하지만, 결정이 서로 다른 방향으로 정렬돼 압전 특성이 떨어지는 문제가 있습니다.

한국세라믹기술원 연구팀은 다결정을 한 방향으로 정렬시켜 다결정과 단결정 구조의 장점을 결합한 압전 소재를 개발했습니다.

BS-PT계 세라믹 분말과 에탄올, 톨루엔 등을 혼합하여 슬러리를 제조합니다. 슬러리에 타이타늄산바륨 씨드 층을 첨가한 후 테입 캐스팅 공정을 이용해 템플레이트 시트를 제작합니다. 테입 캐스팅 장치의 블레이트 높이를 적절히 제어해 첨가된 씨드 층이 같은 방향을 향하도록 조절합니다. 템플레이트 시트를 소결 시켜 압전 소재를 제조합니다. 제조된 압전 소재는 씨드 층이 모두 같은 방향을 향해 단결정과 유사한 정렬 구조를 갖습니다. 일반적인 다결정 소재보다 1.5배에서 2배가량 높은 압전 효과를 지녔습니다.

본 기술은 다결정 구조의 장점과 단결정 구조의 장점을 살려 저렴한 비용으로 우수한 강도와 압전 효과를 지닌 압전 소재를 제조할 수 있습니다. 이를 통해 압전 소재를 활용한 장비의 경제성과 품질 향상에 기여할 것으로 기대됩니다.