초박형 다이아몬드 막, 휘어지면 전압 발생

홍콩대학교 연구진이 다결정 다이아몬드로 만든 초박형 유연막을 구부리면 측정 가능한 전압이 발생한다는 사실을 보여 줬다. 반복 재현된 이 결과는 다이아몬드에 압전성이 없어 기계적 변형을 전기적 반응으로 바꿀 수 없다는 100년 된 통념을 뒤집는다.

연구진은 두께가 수 마이크로미터에 불과한 막을 기판에서 분리해 원래 단단한 다이아몬드를 유연하게 만들었다. 통제된 실험에서 반복적으로 구부릴 때마다 전압이 일관되게 나타났다. 연구진은 환경적 간섭과 표면이 접촉하거나 마찰할 때 생길 수 있는 전하인 마찰전기의 영향을 검사해, 신호가 막 자체에서 나온다는 근거를 강화했다. 두께 약 5마이크로미터인 막 하나는 굽힘 변형률 1.4%에서 약 70밀리볼트를 발생시켰고, 시료들은 더 낮은 변형률에서 7,000회 넘게 반복한 뒤에도 반응을 유지했다.

계산 결과는 막을 이루는 수많은 작은 다이아몬드 결정이 만나는 결정립계의 비대칭성에서 이 효과가 비롯됨을 시사한다. 구부리면 결정립계 주변의 전하 분포가 바뀌면서 물질 양쪽 사이에 전위차가 생긴다.

출력은 작으며, 일반적인 다이아몬드가 배터리를 대체할 수는 없다. 실제 장치를 개발하려면 효율, 제조, 기기 통합 측면에서 추가 연구가 필요하다. 그럼에도 다이아몬드의 내구성, 화학적 안정성, 생체적합성 덕분에 이 막은 향후 움직임에서 신호나 소량의 전력을 얻는 자가발전 센서, 초소형 에너지 수확 장치, 이식형 기기에 유용할 수 있다.