나노기술 및 정책 정보

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서울과학기술대학교 MSDE학과 김관래 교수 연구팀(제1저자 양이준 연구원)이 원자힘 현미경(Atomic Force Mciriscope, AFM)을 이용하여, 압전 나노선 소재의 크기에 따른 압전 성능을 평가하는 방법을 개발했다고 16일 밝힘.

원자힘 현미경에 부착된 미세한 탐침으로 산화아연 나노선을 구부릴 경우 전류가 감지되는 현상이 2006년 사이언스지에 발표되면서, 산화아연 나노선의 압전효과가 처음으로 세상에 알려진 바 있음. 그 후 오늘날 전 세계적으로 압전 나노선 소재를 기반으로 한 웨어러블 에너지 하베스터와 무전원 전자기기 개발이 활발히 진행되고 있음. 압전 소재의 단점으로 유연하지 못하다는 점이 꼽혔지만 압전 나노선 소재의 경우, 유연한 폴리머 계열의 물질과 혼합하면 웨어러블 전자기기에도 활용될 수 있어 신체활동으로부터 전기적 에너지를 수확할 수 있음.

김관래 교수 연구팀은 약 100나노미터 크기의 직경을 가진 산화아연 나노선의 압전효과를 체계적인 방법으로 평가하기 위해, 최초로 전도식 원자힘 현미경(Conductive AFM)과 횡력 현미경(Lateral Force Microscope) 신호를 동시에 분석하는 연구를 시도함. 두 현미경에서 얻은 신호들 간의 통계적 분석을 진행한 결과, 산화아연 나노선의 종횡비가 증가할수록 적은 힘으로도 더 큰 전류를 얻을 수 있음이 증명됨.

또한 이 과정에서 측정되는 전류가 산화아연의 압전효과 뿐만 아니라 직경이 약 50나노미터인 탐침과 산화아연 표면의 접촉에 의한 마찰전기 효과에 의한 것임을 규명함. 이는 그 동안 전도식 원자힘 현미경에 의해서 관찰되는 전류가 나노선의 압전효과에 의한 현상으로만 간주되던 학계의 오랜 관행을 반박하는 것이기도 함.

이번 연구 결과는 현재 활발하게 진행되고 있는 원자힘 현미경을 활용한 압전성능 평가에도 매우 중요한 지침이 될 전망임. 이번 연구에 대한 내용은 국제학술지 네이처 자매지인 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’2월 호에 게재됨. 이 연구는 한국연구재단의 이공분야기초연구사업 지원을 받아 수행됨.