[대구/이영준 기자]

경북대 금속재료공학과 박귀일 교수팀이 플라즈마 처리 기술을 도입해 기존 열처리 공정보다 공정 시간을 12배 단축한 고성능 압전소자를 개발했다.

전통적으로 플렉서블 압전소자 제작할 때 열처리 공정은 필수적이다. 열처리 공정은 압전 재료의 결정화도와 성능 향상에 효과적이지만, 공정 시간이 길고 재료 손상 가능성이 단점으로 지적된다.

박귀일 교수팀은 플라즈마 처리(Plasma annealing, PA) 기술을 도입해 기존 열처리 공정보다 짧은 공정 시간으로 압전 고분자 소재의 높은 결정성과 압전 성능을 지닌 소자를 개발했다. 압전성을 보유한 반결정질 고분자(Semi-crystalline polymer) 재료인 PVDF(Polyvinylidene fluoride)에 플라즈마 처리를 적용한 결과, 압전 소자의 전압이 2.4배 증가하고 전류는 3.8배 향상됐다.

전체 공정 시간은 120분에서 10분으로 12배 단축되고, 10,000번의 반복적인 굽힘에도 성능 저하가 없는 것으로 확인됐다. 또한, 연구팀은 개발한 압전 소자를 냉각수 공급 장치의 배관에 부착해 미세한 유속의 변화로 발생하는 진동을 효과적으로 감지할 수 있음을 확인하고, 센서로서의 적용 가능성을 제시했다.

박귀일 교수는 “이번 연구를 통해 기존 열처리 공정을 대체할 수 있는 고효율의 플라즈마 공정 기술을 개발했다. 고성능 플렉서블 압전 소자 연구에 적용될 수 있는 새로운 공정으로 산업계에서 주목할 것으로 기대된다.”라고 밝혔다.

이번 연구의 교신저자는 박귀일 교수, 제1저자는 같은 학과 박현준 석사과정생이다. 연구 결과는 에너지 분야 세계적 과학저널인 ‘나노 에너지(Nano Energy)’ 9월 27일자 온라인으로 게재됐다.