나노기술 및 정책 정보

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● 오사다 미노루 교수(나고야대) 연구팀이 분자 레벨 두께(1.5~3nm)에서 높은 유전율 및 높은 절연성을 겸비한 ‘나노시트(Ca2Nam-3NbmO3m+1)’를 개발하고 나노시트 적층 소자로 현재의 유전체 커패시터의 성능 한계를 뛰어넘는 에너지 밀도(174~272J/cm3)를 실현

● ‘Ca2Nam-3NbmO3m+1 나노시트’는 유전 특성의 키 유닛인 금속 산소 팔면체(NbO6 팔면체) 3개~6개분을 단체(單體)로 꺼낸 것으로 초극박 유전체라고 할 수 있으며, NbO6 팔면체 수를 정밀하게 제어함으로써 두께 0.4nm 단위의 정밀한 구조 제어 및 자유로운 유전 특성 제어가 가능

● 또한, NbO6 팔면체가 3개인 ‘Ca2Nb3O10(m=3) 나노시트(유전율 210)’를 기준으로 할 때, NbO6 팔면체가 1개 늘어날 때마다 유전율이 약 80씩 증가하고, NbO6 팔면체가 6개인 ‘​​Ca2Na3Nb6O19 나노시트’에서는 나노스케일의 유전체 박막으로는 최고의 유전율 470을 나타냄을 확인

● 해당 나노시트는 400MV/m 정도의 높은 내전압 특성을 겸비하여 축전 디바이스의 고에너지화에 적합하다는 것을 확인

● 본 연구는 유전체 캐패시터의 개발에 대한 새로운 설계 지침을 주는 동시에, 나노시트가 가지는 고에너지 밀도, 고출력 밀도, 짧은 충전 시간(수초), 긴 수명·고온 안정성이라는 특징을 이용한 전고체 축전 디바이스에의 응용될 것으로 기대

Nano Letters (2023.05.01.), Ultrahigh Energy Storage in 2D High-κ Perovskites