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미약한 맥박도 감지하는 `압전소자` 나왔다

이준기 기자   bongchu@
입력 2022-06-23 13:24

생기원, 탄소나노튜브 표면에 주석아연산화물 합성
출력성능 높고, 인체·환경에 무해...웨어러블 센서 활용


미약한 맥박도 감지하는 `압전소자` 나왔다
한국생산기술연구원은 압전소자의 출력 성능을 높여 미세한 움직임까지 감지할 수 있는 '강유전성 유기 고분자 나노섬유'를 개발했다.

생기원 제공

압전소자의 출력 성능을 높일 수 있는 신소재가 개발돼 웨어러블 기기 센서와 자가발전소자로 널리 쓰일 전망이다.


한국생산기술연구원은 김강민 박사 연구팀이 탄소나노튜브 표면에 강유전체인 '주석아연산화물'을 반구형 모양으로 성장시켜 강유전성 유기 고분자 나노섬유의 압전 성능을 향상시키는 기술을 개발했다고 23일 밝혔다.
압전소자는 재료에 기계적 힘을 가하면 전기적 신호가 발생하는 압전효과를 이용해 전기를 생성·수확하는 장치다. 소형 정밀기계부터 군사, 의료, 우주·항공, 재생에너지 분야의 각종 센서에 활용된다.

압전소자는 출력 성능이 높고 외부 충격이나 진동에 강한 소재를 적용해야 한다. 연구팀은 레이저로 탄소소재 표면을 쏴 다양한 이종소재와 결합을 유도하는 펄스레이저 공정을 활용해 탄소나노튜브 표면에 주석아연산화물을 합성하는 방식으로 새로운 소재를 만들었다.

개발된 소재는 인체에 무해하고, 친환경 공법으로 제조돼 환경에도 영향을 주지 않는다. 또한 소재가 유연해 굴곡이 많은 인체에 다양하게 활용할 수 있다. 그동안 압전소자의 출력 성능을 높이기 위해 '납 티탄산 지르코늄(PZT)'을 썼는데, 압전 특성은 우수하지만 납이 포함돼 인체와 접촉하는 제품에는 사용할 수 없었다. 환경에도 유해하다는 지적을 받았다.


연구팀은 새로운 소재를 강유전성 유기 고분자 나노섬유와 혼합해 압전소자를 제작한 결과, 출력 성능이 전류값 97.5V, 전압값 1.16㎂(마이크로암페어)로, 기존 납 티탄산 지르코늄을 적용한 압전소자에 비해 높은 출력 성능을 보였다.

우수한 출력성능으로 미세한 움직임을 감지할 수 있어 맥박 반응이 미약해 감지가 어려웠던 후경골동맥의 맥박 관찰도 가능하다는 게 연구팀의 설명이다.

김강민 생기원 박사는 "압전소자의 출력 성능을 높이는 새로운 소재로, 비대면 의료 서비스 분야에 활용도가 클 것"이라며 "친환경적 공정을 이용하기에 별도 충전 없이 지속 동작이 가능한 다양한 센서나 자가발전 소자 등에 활용될 것으로 기대한다"고 말했다.

이 연구결과는 에너지 분야 국제 학술지 '나노 에너지' 온라인에 실린 데 이어, 오는 8월 정식 출판될 예정이다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr

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