100년 넘게 압전효과가 없는 것으로 알려졌던 다이아몬드에서 전기를 발생시키는 현상이 처음으로 확인됐다.
홍콩대학교(HKU) 공학부 공동 연구팀은 초박형 다결정 다이아몬드 막에서 상당한 수준의 압전효과를 발견했다고 11일(현지시간) 국제학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)'에 발표했다.
압전효과는 특정 물질에 기계적 압력을 가하면 전압이 발생하는 현상이다.
과학계는 1900년대부터 다이아몬드를 압전효과가 없는 물질로 분류해왔다. 이 때문에 다이아몬드는 높은 강도와 열전도율 등 우수한 특성에도 불구하고 마이크로 전자기계 시스템(MEMS)에서는 다른 압전소자를 지지하는 기판으로만 사용됐다.
연구팀은 다이아몬드를 매우 얇은 막 형태로 가공해 구부리는 방식으로 이 통념을 깼다. 연구팀이 초박형 다이아몬드 막에 구부리는 변형을 가하자 안정적인 전압 신호가 발생하는 것을 확인했다.
연구팀은 다양한 통제 조건에서 기계적 사이클 테스트를 반복해 이 전기 신호가 외부 요인이 아닌 다이아몬드 자체의 압전효과 때문임을 입증했다.
이러한 압전효과는 다이아몬드 막 내부 결정립계의 비대칭성에서 비롯되는 것으로 분석됐다. 막이 변형될 때 결정립계에 전하 분극이 축적되면서 막의 위아래 표면 사이에 전위차가 발생한다는 원리다.
연구팀은 다이아몬드가 생체 적합성이 뛰어나고 화학적으로 안정적인 만큼 이번 발견이 의료 및 에너지 분야에서 잠재력이 크다고 설명했다. 향후 인체 삽입형 의료기기의 자가 발전 전원이나 변형 센서 등으로 활용될 수 있을 전망이다.