Microelectromechanical systems (MEMS) 기술과 나노 스케일의 전자기기 분야가 급격히 발전함에 따라 고성능 압전 소자의 필요성이 증가하였다. 이에 대해, 2D 압전 물질은 뛰어난 전기적 및 기계적 특성을 가지고 있어 적합한 물질로 평가받고 있다. 본 논문의 1 장에서는 2D 압전 물질에 대한 이론적인 배경을 간략하게 소개한다.

본 논문의 2 장에서는, 변형 구배가 인가된 환경에서 마찰전기 출력을 측정할 때, flexoelectricity 와 마찰전기 간의 전하 이동 방향이 동일하다면, 전하 이동은 두 효과 간의 상호작용으로 인해 향상될 수 있다는 것을 제안한다. 이 뿐만이 아니라, flexoelectricity 와 마찰전기 간의 전하 이동 방향이 반대로 형성된다면, 두 효과 간의 상호작용으로 인해 전하 이동이 조절될 수 있다는 것을 확인하였다. 이러한 발견은 마찰전기 효과의 핵심 요소로서 적용될 수 있으며, 더 나아가 나노 스케일 전자기기의 물질 선별에도 중요한 기준이 될 수 있다. 3 장과 4 장에서는, 압전 특성에 변형 구배가 미치는 영향에 대해서 소개한다.

본 논문의 3 장에서는, 기존 2D 기반 압전 나노발전기의 낮은 출력 성능 문제를 해결하기 위해 부가적인 concentrated-strain 인가방식을 제안한다. 시뮬레이션 연구를 통해, MoS₂ 단층에서의 concentrated-strain 이 pre-stretched PDMS 으로 인해 만들어진 wavy 구조내에서 약 4 %까지 증가될 수 있으며, 굴곡 변형에 의해서도 부가적으로 향상될 수 있다는 것을 확인했다. 이번 연구를 통해, MoS₂ 기반 concentrated-strain 이 인가된 압전 나노발전기를 개발하였으며, 해당 소자의 출력은 현재까지 보고된 소자의 출력 중 가장 높은 값을 가진다.

본 논문의 4 장에서는, 2D 압전 물질에 변형을 인가하기 위한 새로운 방식을 제안한다. Polystyrene beads array 기판을 사용함으로써 조절해준 변형정도를 통해 MoS₂ 층에 out-of-plane 분극을 인가하여 압전 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, MoS₂-Au 와 MoS2-MoS₂ 층의 반데르발스 상호작용이 MoS₂ 이중층의 압전 상수에 어떠한 영향을 미치는지에 대해 다루며, 해당 연구를 통해 MoS₂ 이중층의 압전 상수가 14.3 pm/V 의 값인 것을 확인하였으며, 이는 현재까지 확인된 2D 물질 중에서 가장 높은 값을 가진다.

본 논문의 5 장에선, 이 논문에 대한 전체적인 요약과 2D 압전 물질 분야의 전망에 대해 다룬다. 현재까지 기존 2D 물질 연구분야에서는 압전 특성에 대한 많은 연구가 이루어지지 않았다. 이 뿐만이 아니라, 이전 연구에서는 압전 특성에 영향을 줄 수 있는 2D 물질간 반데르발스 상호작용, 변형구배에 대해서도 많은 연구가 진행되지 않았다. 이러한 관점에서, 본 논문의 마지막 5 장에서는 기존 연구와는 다른 중요한 연구 방향을 제시한다.