촉각 증강 위한 '고탄성 압전 세라믹' 소재 개발

3차원 나노 구조 압전체 제작 및 특성 영상화에 성공
기존 대비 탄성 변형률 3배 증가, 촉각 증강 기술에도 활용 가능

[아시아경제 황준호 기자] 고탄성 압전 세라믹 소재가 개발됐다. 기존 세라믹 소재보다 탄성 변형률을 3배 높인 소재로, 향후 가상현실이나 증강현실 구현에 있어 촉각 증강 소재로 활용할 수 있을 것으로 예상된다.

홍승범 한국과학기술원 신소재공학과 교수의 연구팀은 촉감이나 촉각 증강 기술에 활용할 수 있도록 3D 나노 구조체를 활용해 탄성 변형률을 3배 높인 압전 세라믹 소재를 개발했다고 2일 밝혔다. 연구 성과는 국제 학술지인 나노에너지에 최근 실렸다.

연구팀은 근접장 나노 패터닝 기술과 원자층 증착 기술을 이용해 3차원 나노 트러스(truss) 구조를 갖는 산화물 아연 (ZnO) 세라믹을 제작했다. 나노 인덴테이션 기술과 압전 감응 힘 현미경 기술을 이용해 제작된 구조체의 높은 기계적 특성과 압전 특성을 입증했다.

연구팀이 개발한 구조체는 100나노미터(nm) 이하의 두께를 가지면서 내부가 비어 있는 구조다. 기존 세라믹이 보유하고 있는 내부 결함의 크기를 나노미터 단위로 제한해 재료의 기계적 강도를 증가시켰다. 이에 따라 이 구조체의 탄성 변형률은 10% 수준으로 기존 아연 산화물 대비 3배나 더 큰 것으로 나타났다. 압전 계수 역시 9.2 pm/V로 박막 형태의 아연 산화물보다 2배 이상 더 큰 값을 나타냈다.

홍승범 교수는 "이번 연구 결과를 촉각 증강 소자에 바로 적용하기에는 공정적인 측면에서 다소 보강작업이 필요하다"면서 "그간 소재 활용에 큰 문제가 됐던 세라믹 소자의 기계적 한계를 극복해 압전 세라믹 소자의 응용 가능성을 연 연구"라고 밝혔다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr