무연(lead-free) 압전 나노섬유 재료 및 촉각 센싱 연구

Lead-free piezoelectric nanofibers and tactile sensing

연구 내용

무연 압전 재료인 (K,Na)NbO3 기반 나노섬유를 전기방사로 제조하고 열처리·도핑에 따른 결정화 및 압전 응답을 규명하여 촉각 자극을 정적 접촉 정보로 변환하는 센싱 연구

국민대학교 고태준 연구실에서는 무연 압전 소재로 (K,Na)NbO3(KNN) 계열을 전기방사로 나노섬유 형태로 제작하고, Mn 도핑 및 열처리 조건에 따른 결정화 거동과 미세구조 변화를 분석합니다. 구조적 변화가 압전 응답으로 어떻게 전달되는지 X-ray diffraction과 piezoresponse force microscopy 기반 측정을 통해 연계합니다. 또한 압전 나노섬유 멤브레인을 진동 기반의 접촉 감지 요소로 구성하여 정적 접촉 시 진동 감쇠와 진동 크기 변화로부터 접촉의 강도 및 지속시간을 추정하는 센싱 원리를 제안합니다.

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연구 흐름

초기에는 압전 나노섬유 멤브레인을 이용해 정적 촉각을 감지하는 개념을 정립하였습니다. 이후 KNN 나노섬유에 대해 Mn 도핑과 열처리 온도에 따른 결정화·미세구조 형성 양상을 전기방사 제조 공정과 함께 분석하여, 압전 성능의 변화가 구조 변화와 연동됨을 확인하였습니다. 최근에는 piezoresponse force microscopy 기반의 압전 응답 관찰을 통해 열처리 조건의 역할을 정밀하게 해석하고, 촉각 센싱용 압전 요소로의 적용 가능성을 구체화하는 연구를 수행하고 있습니다.

활용 가능성

활용 가능성은 알앤디써클 특화 AI 에이전트가 생성한 내용으로, 실제 연구 가능 여부는 연구실과의 논의가 필요합니다.

정적 촉각 센싱
압전 기반 힘/접촉 지속시간 측정
무연 압전 소자 제작
유연 센서 스킨
자기구동형(준) 촉각 인터페이스
로봇 접촉 모니터링
웨어러블 접촉 감지
생체 모사형 촉각 플랫폼
미세 진동 기반 접촉 검출
표면 압력/접촉 매핑 모듈