압전

압전은 특정한 결정이나 세라믹 물질에 압력이나 기계적 변형을 가했을 때 전기가 발생하는 현상, 또는 그 역으로 전기장을 가했을 때 기계적 변형이 일어나는 현상을 의미한다. 이러한 현상을 나타내는 물질을 압전 물질이라고 부른다. 압전 효과는 결정의 비대칭적인 구조에 기인하며, 외부 힘에 의해 결정 내부의 전하 분포가 변화함으로써 전기가 발생한다. 이 현상은 1880년 자매인 자크 퀴리와 피에르 퀴리에 의해 최초로 발견되었다.

압전 현상은 크게 두 가지로 나뉜다. 하나는 직접 압전 효과로, 기계적 변형이 전기적 분극을 유발하는 현상이며, 다른 하나는 역압전 효과로, 전기장이 가해졌을 때 물질이 변형되는 현상이다. 직접 압전 효과는 센서, 마이크로폰, 가속도계 등 다양한 센서 장치에 이용되며, 역압전 효과는 액추에이터, 인쇄 헤드, 초음파 트랜스듀서 등에 응용된다.

압전 물질로는 석영, 로셸염, 티탄산바륨(BaTiO₃), 지르콘산티탄산납(PZT) 등이 있으며, 각 물질마다 압전 특성, 내구성, 온도 안정성 등이 다르다. 최근에는 압전 물질의 성능 향상과 새로운 압전 물질의 개발이 활발하게 진행되고 있으며, 에너지 하베스팅, 센싱 기술, 마이크로 로보틱스 등 다양한 분야에서 활용 범위가 넓어지고 있다.

압전 현상은 미시적인 관점에서는 결정 내부의 전기 쌍극자 모멘트의 변화로 설명될 수 있다. 외부 힘에 의해 결정 구조가 변형되면, 이러한 전기 쌍극자 모멘트의 배열이 변화하여 거시적인 전기 분극을 생성하게 된다. 역압전 효과는 이러한 과정의 역과정으로 이해할 수 있다. 압전 물질의 선택은 응용 분야에 따라 요구되는 특성(예: 감도, 주파수 응답, 온도 안정성)을 고려하여 이루어진다.