이번의 LAB은 현재 우리대학 나노·신소재공학부 세라믹공학을 전공하고 있는 송태권 교수의 친환경 압전재료 개발 연구에 대한 내용이다.
압전재료는 전기에너지를 기계에너지로 혹은 기계에너지를 전기에너지로 서로 바꿀 수 있는 특성이 있는 재료를 말한다. 진동과 같은 기계적인 에너지를 전기에너지로 바꾸는 응용의 사례는 에어백에 응용되는 가속도 센서나 에너지 수확소자로 응용된다. 작은 진동에서 에너지를 얻을 수 있게 되면 작은 센서를 작동시키는데 필요한 전지와 같은 에너지원이 필요하지 않아서 영구적으로 사용할 수 있게 되는 장점이 있다. 일상에서 사용되는 사례는 가스레인지에 불을 붙이는 착화기이다. 휴대용 가스버너에 아무런 전기 장치가 없는데 파란 불꽃이 보이는 것이 압전재료 덕분이다.
전기에너지를 기계에너지로 바꾸는 특성을 가장 널리 활용하는 경우는 시계의 발진기나 컴퓨터의 동작을 조정하는 클록에 사용되는 발진기가 있다. 압전재료에 전기를 가해주면 약하게 진동하는데 이때 진동하는 동작을 이용하여 시계로 활용하게 된다. 또 이렇게 아주 빠른 속도로 떨리게 되면 사람 귀에는 들리지 않는 ‘초음파’를 만들게 된다. 안경원에서 볼 수 있는 초음파 세척기와 초음파 가습기는 우리 일상에서 흔히 볼 수 있는 압전재료의 응용 사례이다. 학생들이 어머니의 배 속에 있을 때 초음파를 이용하여 심장 박동이나 뇌의 크기 등을 확인하여 건강 상태를 확인하는 등 의료용으로도 초음파는 널리 사용된다. 이 경우 압전재료는 전기에너지를 이용하여 초음파를 발생시키고 태아와 같은 대상에서 반사된 초음파를 다시 감지하는 센서로서 역할 하기 때문에 전기에너지가 기계에너지로 다시 기계에너지를 전기에너지로 변환시키는 압전재료의 특성을 이용한 경우이다. 이런 사례는 어군 탐지기나 잠수함의 통신에의 활용이나 자동차의 거리 센서 등의 경우로 널리 사용된다. 자동차를 주차할 때 ‘삐삐’하는 소리는 자동차에 달려있는 압전재료 초음파 센서의 신호를 받아서 나는 소리이다.
이렇게 압전재료는 우리 생활에 아주 널리 사용되고 있는데 문제는 그 원료 물질이 환경이나 인체에 좋지 않은‘납’을 많이 포함하고 있다는 점이다. 이런 납이 들어 있지 않은 새로운 친환경 압전재료의 개발은 환경과 건강을 위해서 반드시 필요하며 세계적인 산업 경쟁력을 확보하는데 아주 중요한 연구다.

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