첨단세라믹스   전자세라믹

KIST 윤석진 박사팀·기계연 윤소남 박사팀
기능성 압전 액츄에이터 응용 원천기술 개발
21세기 프론티어사업, 압전액츄에이터 이용하여 유체의 양 제어하는 기기와 평가기술
가정용가스조절기와 보일러온수조절기기에 적용, 참여기업 경원훼라이트에 생산라인 설치

한국과학기술연구원 윤석진 박사팀과 한국기계연구원 윤소남 박사팀은 최근 경원훼라이트공업과 공동으로 기능성 압전재료를 이용한 액츄에이터를 산업계에 응용하는 원천기술을 국내 처음으로 개발하는데 성공했다.
이번 연구개발은 산업자원부 21세기 프론티어사업인 차세대소재 성형기술개발 사업 중 ‘유체제어용 적층 압전밸브 개발 과제’ 수행을 통해 이루어진 것이다.
연구팀에 따르면 이번에 개발된 기술은 기능성 압전 액츄에이터를 이용하여 가스, 오일, 물 등 유체의 양을 비례적으로 제어할 수 있는 기기와 평가에 관한 원천기술이라고 한다. 또한 이 원천기술을 가정용 가스 조절기와 보일러 온수조절용 기기에 적용하는 연구까지 완료되었다고 연구팀은 밝히고 있다.
이번 연구에 의해 개발된 압전 액츄에이터와 제어기기는 기존 ‘솔레노이드 방식의 액츄에이터’에 비해 아주 적은 양의 전기(1/100)를 사용하여 유체를 자유자재로 조절할 수 있기 때문에 에너지가 절약된다는 특성이 있다. 또한 압전재료 특성의 이용으로  응답이 빠르며 작동시 전기적 스파크가 없어 가스제어시 안전성을 보장 받을 수 있는 장점이 있다.
연구팀 관계자는 이 기술의 주요원리에 대해 “압전 액츄에이터 자체의 비례성능 향상 및 압전 액츄에이터가 갖고 있는 히스테리시스를 상호간섭에 의해 제어하는 방식을 적용한 것”이라고 설명하며 “사용압력 3kPa 이하, 사용유량이 3.5lpm 미만에서도 제어 성능이 매우 뛰어난 것으로 평가되었다”고 밝혔다.
현재 이 연구의 참여기업인 경원훼라이트공업에서는 이 기술을 응용한 가정용 가스조절기 및 보일러 온수조절 기기의 양산을 위한 제품 원료 생산라인과 세라믹 Sheet 라인, 적층라인 등의 생산공정 라인을 구축하고 있다. 이에 따라 빠른 시일내에 이 기술을 응용한 상용화 제품이 선보일 것으로 예상되고 있다. 

연구결과 국내외 유명저널에 발표, 특허 4건 출원 중
한편 연구팀은 이번 연구 결과를 국내외 유명 저널을 통해 발표했으며, 터키에서 열리는 3rd Interna
tional Workshop on Piezoelectric Materials and Applications on Actuator(IWPMA)에서도 발표할 예정이다. 또한 4건의 특허를 출원중이라고 한다.
연구팀 관계자는 “이번 연구결과는 3개 기관이 보유하고 있는 기술들을 공동활용하여 이루어낸 결과로 매우 큰 의미를 가지며 이러한 연구 모델은 앞으로 산학연의 활발한 연구교류를 유도하는데 좋은 본보기가 될 것”이라고 평가했다.
또한 이 기술의 개발로 앞으로 기능성 압전액츄에이터 응용기술 활성화를 통해 초고속 액츄에이터에서 항공용 방위산업용 압전 액츄에이터에 이르기까지 응용범위를 확대할 수 있을 것으로 예상되고 있다. 이에 따라 1조원의 국내 유체제어 시장 및 52조원의 국제시장에서도 경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 기대하고 있다.       
박미선 기자

디스크형 비례제어압전밸브