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[IT뉴스]“인체 치명적 ‘납’ 사용 無” 원자력硏, 친환경 압전소재 국산화

온카뱅크관리자

2024-08-28 11:37:58

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        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="8IuIcrrRzP">
          <figure class="figure_frm origin_fig" dmcf-pid="6C7Ckmme36" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="이종 압전세라믹 적층형 복합소재를 이용한 가속도계 센서.[한국원자력연구원 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202408/28/ned/20240828113802977wtcz.jpg" data-org-width="640" dmcf-mid="ff7CkmmeUx" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202408/28/ned/20240828113802977wtcz.jpg" width="658"></p>
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            이종 압전세라믹 적층형 복합소재를 이용한 가속도계 센서.[한국원자력연구원 제공]
           </figcaption>
          </figure>
          <p dmcf-pid="Pk5knNNf38" dmcf-ptype="general">[헤럴드경제=구본혁 기자] 압전소재는 압력이 가해질 때 전기를 발생시키는 물질로 센서나 반도체 등 다양한 산업 분야에 활용되고 있다. 지금까지 압전소재로 ‘납 티탄산 지르코늄(Pb(Zr,Ti)O3)’을 활용했으나, 납이 인체와 환경에 유해해 세계적으로 금지되는 추세다. 납을 사용하지 않는 친환경 비납계(Pb-free) 압전소재 연구가 활발한 가운데, 국내 연구진이 상용화의 걸림돌이던 온도 불안정성 문제를 극복한 기술 개발에 성공했다.</p>
          <p dmcf-pid="QE1ELjj4U4" dmcf-ptype="general">한국원자력연구원은 세계 최고 수준의 온도 안전성을 갖춘 친환경 비납계 압전소재 기술 개발에 성공했다고 28일 밝혔다.</p>
          <p dmcf-pid="xQmQK4413f" dmcf-ptype="general">기기안전진단연구부 박규현 선임연구원과 이민구 책임연구원 연구팀은 기존 비납계 압전세라믹 소재가 온도에 따라 압전성능이 감소하거나 증가하는 불안정성을 해결하기 위해 오히려 이 현상을 이용했다. 온도에 따라 상반된 압전성능 변화를 보이는 두 소재를 번갈아 쌓은 적측형 압전복합소재를 개발해 문제를 해결한 것이다.</p>
          <div dmcf-pid="yTKTmhhLFV" dmcf-ptype="general">
           <p>먼저 온도가 높아질수록 압전성능이 감소하는 ‘칼륨 소듐 니오베이트((K,Na)NbO3, 이하 KNN)’계 물질과 반대로 압전성능이 높아지는 ‘비스무트페라이트(BiFeO3, 이하 BF)’계 물질을 층으로 쌓아 복합소재를 만들었다. 이 복합소재는 복합비율에 따라 온도 안정성의 차이가 있었는데, 연구팀은 많은 실험 끝에 KNN계 물질이 43%일 때 최적 비율임을 밝혀냈다. 이 때 300℃까지 압전성능 변화 비율이 최대 4.7%로 유지됐다.</p>
          </div>
          <figure class="figure_frm origin_fig" dmcf-pid="Wy9ysllo72" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="이종 압전세라믹 복합소재를 개발한 이민구(왼쪽) 책임연구원, 박규현 선임연구원.[한국원자력연구원 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202408/28/ned/20240828113804250qvca.jpg" data-org-width="708" dmcf-mid="4hZciaaVUQ" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202408/28/ned/20240828113804250qvca.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            이종 압전세라믹 복합소재를 개발한 이민구(왼쪽) 책임연구원, 박규현 선임연구원.[한국원자력연구원 제공]
           </figcaption>
          </figure>
          <p dmcf-pid="YMOM266F09" dmcf-ptype="general">이는 기존 비납계 압전세라믹 소재의 온도 안정성이 최대 100~150℃(압전성능 변화율 10% 이내)인 것과 비교하면 2배 이상 향상된 결과로 세계 최고 수준의 성능을 자랑한다.</p>
          <p dmcf-pid="GRIRVPP37K" dmcf-ptype="general">또한 기존 300℃의 고온에서 사용하던 압전물질이 대부분 비스무스 층상구조(Bi-layered structure)로 압전성능을 의미하는 압전상수가 20 이하에 불과하다. 반면, 연구팀이 활용한 두 가지 물질은 페로브스카이트 구조(perovskite structure)로 압전상수가 최소 150 이상으로 고온에서도 압전성능이 우수하다는 장점이 있다.</p>
          <p dmcf-pid="HeCefQQ0Fb" dmcf-ptype="general">이번 연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지인 ‘저널 오브 머티리얼즈 케미스트리 A’ 9월호에 게재됐다. 또한 국내 특허 등록이 완료된 상태며, 현재 미국과 유럽의 해외 특허도 등록심사 중이다.</p>
          <p dmcf-pid="Xm0mNEEQ0B" dmcf-ptype="general">연구팀이 개발한 압전소재는 우수한 온도 안정성과 압전성능을 갖추어 원자력발전과 같은 고온 환경에서 사용하는 고감도 센서를 비롯해 다양한 친환경 압전 부품 및 소자로 활용이 가능할 것으로 예상된다.</p>
          <p dmcf-pid="ZspsjDDx0q" dmcf-ptype="general">박태진 기기안전진단연구부장은 “온도와 방사선이 높은 원전과 같은 가혹 환경에서 사용하는 특수 센서는 해외 기술에 의존해왔다”면서 “앞으로 특수 센서 분야에 이번 소재 기술을 우선 활용해 나가겠다”고 밝혔다.</p>
          <p dmcf-pid="5OUOAwwM0z" dmcf-ptype="general">nbgkoo@heraldcorp.com</p>
         </section> 
        </div> 
        <p class="" data-translation="true">Copyright © 헤럴드경제. 무단전재 및 재배포 금지.</p>

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