> 연구소재 이야기 > ② 압전소재

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• 비중심대칭(Noncentrosymmetric) 구조를 가지는 물질들은 결정 내에 대칭중심(Center of symmetry)이 결여된 것들로서, 비선형광학(Nonlinear optics), 강유전성(Ferroelectricity), 열전성(Pyroelectricity), 압전성(Piezoelectricity)과 같은 기술적으로 매우 중요한 특성들을 보인다. 비중심대칭구조를 지니는 소재의 대표적 특성 중 하나인 압전성을 이용한 압전소재에 대해 소개하고자 한다.
• 압전현상을 나타내는 압전소재
  압전성(Piezoelectricity)은 어떤 결정에 기계적인 자극을 가했을 때 그 자극에 비례하여 전기적 편극이 일어나는 현상을 말한다. 그 반대 현상인 역압전효과(Converse piezoelectric effect) 역시 일어날 수 있는데, 이는 압전성 결정에 전기장을 가해 주었을 때 그 결정에 기계적인 변형이 일어나게 되는 현상을 말한다. 이러한 압전 현상을 나타내는 재료 물질을 '압전소재'라 하는데, 대표적으로 수정, 전기석 등이 있다.
• 압전효과의 발견
  압전효과는 1880년 프랑스 물리학자 자크 퀴리, 피에르 퀴리 형제가 처음으로 발견 했다. 퀴리 형제는 특정한 물질에서 온도 변화가 생기면 전기가 발생하는 현상을 관찰하게 되었다. 이에 착안하여 몇 가지 물질에서 물리적인 변형을 가한 후 이를 전기적인 신호로 바꾸는 것을 성공시키면서 압전효과가 세상에 알려지게 되었다. 압전소재는 1917년 1차 세계대전 중 프랑스의 과학자들이 개발한 초음파 잠수함 탐지기에서 가장 먼저 사용되었다. 탐지기에서 초음파 신호를 발생시킨 후, 압전소재를 이용해 이 신호가 잠수함 등 수중 물체에 부딪혔다가 되돌아오는 것을 탐지하였다.
• 압전효과의 원리
  [그림1]과 같이 결정체의 어느 축을 따라 인장력(Tension)을 가하거나 압력 (Compression)을 가하면 결정의 구조가 변형된다. 이때 전하의 상대적인 위치가 변화함에 따라 결정체의 겉면에 전기장이 형성된다. 역으로 결정체의 양쪽 단면에 전압을 걸어 주면 전기장 내의 전하들이 이동하여 결정체는 늘어나거나 수축한다.
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• 압전효과의 응용
  압전효과는 일상생활 및 산업 전반에 다양하게 활용되고 있는데, 가장 간단한 예로 손가락으로 누르면 켜지는 라이터가 있다. 엄지로 라이터 버튼을 누르면 내부의 압전소재에 압력이 가해지고, 이때 압전소재에서 발생한 높은 전압의 전기가 스파크를 발생시킨다. 이 스파크를 이용해 가스를 점화시키는 것이다. 압전소재는 그 밖에 마이크, 스피커, 센서, 에너지 하베스팅, 발전기, 생체이식소자 등에 적용 가능하며 그 응용분야가 무궁무진하다.
  현재 비중심대칭소재은행에서 확보 및 분양하고 있는 소재 중 압전성을 보이는 대표 소재로는 BaTiO3, PbTiO3, NaYI4O12, Ca3SiO5 등이 있으며, 그 외에도 보유하고 있는 90여 가지의 다른 비중심대칭소재들은 모두 분양이 가능하다.
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• 소재분양문의    서울시 동작구 흑석로 84 중앙대학교 104동 423호 비중심대칭소재은행
                         홈페이지: http://ncsmb.knrrc.or.kr   이메일: ncsmb@cau.ac.kr / caumk0105@gmail.com    대표전화: 02-820-5197

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