녹색에너지 응용을 앞당길 수 있는 환경친화적 압전기 재료의 발견

KISTI 『글로벌동향브리핑』 2009-11-18

미국 UC Berkeley 와 Lawrence Berkeley 국가연구실 소속 연구원들은 스트레스에 노출될 때, 전류를 생산하는 새로운 납이 없는 물질(lead-free material)을 발견하였다. 압전기(piezoelectricity)라고 불리우는 이 현상은 낯설어 보이나, 야외용 그릴에서 흔히 사용되었던 것이다. 압전기는 에너지를 생산하는 지속가능한 방법이다. 이는 특정 세라믹과 뼈와같이 특정한 결정체 물질에 압력 또는 스트레스를 적용할 때 작용하므로, 화석연료 연소를 대체할 수 있는 녹색 대체에너지인 것이다. 현재까지 대부분의 일반적인 압전재료는 악명높은 신경독성 물질인 납을 포함하고 있다. 이번 납이 없는 재료의 발견은 사람들이 상당량의 전기를 공공 인프라설비를 움직이거나, 고속도로를 운행하거나, 회전하는 등의 움직임을 통해 압전 에너지를 얻을 수 있는 미래를 열었다는 데 큰 의미가 있다. 일상생활에서의 압전기 압전기는 야외 그릴에서 일반적으로 사용된다. 누름 버튼을 갖는 그릴 점화기나 유사하게 담배 라이터 버튼 등은 점화를 위해 압전 재료를 사용하낟. 마이크와 시계는 압전효과를 사용하는 상용제품이다. 또한 압전기는 다양한 의료 및 엔지니어링 분야에 사용되는데, 특별히 초음파 장비와 도로 교량의 테스트 장비에 사용된다. 그러나, 환경적 관점에서 납과 관련된 보건문제는 이 재료의 광범위한 응용을 제한시키고 있다. 납이 없는(무연) 압전기 납의 위험성을 제거함으로써, UC Berkeley 대학의 발견은 압전 재료를 사회간접시설과 건물은 물론, 스트레스에 노출되는 일반적인 소비 제품, 예를 들어 신발 또는 심지어 티셔츠에 사용할 수 있는 가능성을 제공할 수 있다. 연구원들은 자기전자 현상과 관련된 무기 결정 재료인 비스무트 페라이트(bismuth ferrite)가 적절히 집중된 변형을 크게 받았을 때, 압전효과를 유발한다는 것을 발견하였다. 비스무트 페라이트는 사소와 철 원자 사이에 교환되는 결정면 및 산소와 비스무트 원자(비스무트는 화장품과 의약에 사용되는 무겁고 부서지기 쉬운 물질로 제조업에 있어 납을 대체제로 상용화되어 있다)로 구성되어 있다. 필름에 변형을 제공하면 기이한 거동이 발생된다고 연구원들은 밝혔는데, 현상적으로 평면이 상대적으로 각각 움직이며, 이후 변형이 완화되면 이전의 형태로 되돌아온다. 또한, 연구원들은 원리적으로 비스무트 페라이트는 압전효과를 나타내는 데 사용될 수 있는 결정형 무연(납이 없는) 재료들 중의 하나라고 밝혔다. 출처 : Cleantechnica