성균관대학교(총장 유지범)는 신소재공학부 이내응 교수와 김명길 교수 공동 연구팀이 기존 압전 센서 소재의 취약점인 낮은 성능과 쉽게 부서지는 한계를 극복한 새로운 나노복합소재를 세계 최초로 개발했다고 밝혔다. 이번 연구 성과는 기존 소재 대비 압전 성능을 3배 이상 끌어올렸으며, 국제 학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances) 2025년 9월 19일자에 게재됐다.

압전 소재는 눌리거나 진동하는 힘을 전기로 바꾸는 특성을 가져, 센서나 에너지 생성 장치 등에 사용된다. 하지만 지금까지 사용되던 소재는 단단하고 잘 부서지며, 전기를 만들어내는 성능도 높지 않아 실생활에 적용하기엔 한계가 있었다.

이번 연구에서는 ‘P(VDF-TrFE)’라는 고분자(플라스틱처럼 유연한 물질)에, 2차원 구조를 가진 주석 황화물 에어로겔을 결합했다. 이 에어로겔은 매우 가볍고, 내부에 규칙적인 구조를 가지고 있어 전기를 만드는 능력을 높이는 데 도움을 준다. 두 물질이 만나면서, 내부에서 전기 신호를 만드는 구조가 더 잘 정렬되고, 성능이 크게 향상되었다.

실제로 이 복합소재를 이용한 수중 초음파 센서 실험에서는, 기존 고분자 센서보다 훨씬 높은 전압을 출력하며, 물속에서 오는 미세한 신호도 감지할 수 있음을 보여주었다.

이내응 교수는 “이번 연구는 2차원 결정 구조를 가진 황화물 에어로겔과 고분자 간의 상호작용을 통해, 지금까지 한계로 여겨졌던 압전·강유전 성능을 동시에 개선할 수 있음을 보여줬다”며 “고분자 기반의 고성능 에너지 소재 개발에 새로운 방향을 제시했다는 점에서 의미가 크다”고 설명했다.

김명길 교수는 “기존에 없던 새로운 나노복합 구조를 설계함으로써, 기능성 고분자 복합체가 갖는 잠재력을 끌어낸 연구”라며, “고감도 센서부터 웨어러블 디바이스까지 다양한 분야로의 응용 가능성을 확인한 계기가 됐다”고 밝혔다.