복도를 걷다 보면 미닫이를 통해서 사람들의 음성이나 음악이 들려 온다, ‘누가 있나?’ 하면서 미닫이를 열어 보면 아무도 없다, 방에 들어가면 이번에는 복도쪽에서 소리가 들려 온다. 또, 하늘 높이 날아 오른 연에서 마치 하늘의 소리처럼 사람의 소리나 음악이 들려 온다. 연은 투명해서 뒤쪽에 스피커 등이 있는 것처럼 생각되지는 않는다.

언뜻 들으면 등골이 오싹해지는, 괴기소설이나 공상과학 소설에나 있을 법한 일이지만 이러한 일이 이미 실현되어 있다. 종이에서 소리가 나오는 스피커나 소리가 나오는 포스터, 이러한 상품이 이미 판매되고 있다. 더욱이 투명하고 부드러운 필름의 스피커도 이미 시작되어 있다.

이것은 플라스틱 ‘압전(壓電) 효과’를 이용한 예이다. 플라스틱에 압력을 가하면 전압이 발생한다. 반대로 전압을 주면 플라스틱은 변형한다. 이 현상을 압전(壓電) 효과라고 한다. 필름의 양면에 전극을 붙이고 음성전류를 인가하면, 음악에 맞추어 필름이 진동하고, 훌륭한 스피커가 된다.

여기에 쓰이는 대표적인 예는 PV-DF이다. 불소 원자가 한쪽으로 치우친 채 결정(結晶)하고 있다. 불소 원자는 원래, 전자를 잡아 장기기 쉬운 성질을 가지고 있기 때문에 결정에 전기의 치우침이 생긴다. 여기에 힘을 가하면 변형을 일으키면 전기량의 변화를 가져와 전압 발생을 동반한다. 이것을 압전(壓電) 효과라고 한다.

압력 대신에 온도 변화에 의해서도 전압을 발생시킨다. 이것을 압전(壓電) 효과라고 한다. 플라스틱에 있어서 상기의 효과를 충분히 발휘시키기 위해서는, 결정 배향을 제어해야 한다. 이 물질을 직류전류의 전극에 끼우고 절련 파괴를 일으키지 않을 전도로 전압을 가하면, 분자 골격의 탄소 관계 주쇄(-C-C-)에 늘어져 있는 불소 원자가 플러스 측으로 당겨져 배향한다. 또한, 연신(延伸)을 함에 따라, 더욱 배향이 진행한다. 이 상태대로, 온도를 내리고 분자를 고정하면, 극성이 있는 결정이 얻어진다. 이것이 일렉트레트(electret)라고 하는 것이다.

무기(無機)의 압전성(壓電性) 물질, 예를들면 티타늄산 바륨이나 PZT(티타늄산 지르콘산연)를 플라스틱에 섞는 것에서도 같은 효과가 일어난다. 그러나 이 경우에 플라스틱은 단지 메트릭스로써 유지재 역할을 하고 있는 것에 불과하다.

투명 스피커의 경우는 플라스틱에 무기물을 섞으면, 백탁(白濁)하기 때문에 플라스틱만으로 구성하는 것이 바람직하다. 이 경우는 진동하는 압전성(壓電性) 플라스틱은 물론이고, 전극도 투명하지 않으면 안된다.

상기의 투명 스피커를 개발한 동경농공 대학의 미야타 교수는 전극으로서, 도전성 플라스틱의 폴리피롤을 쓰고 있다. 압전성(壓電性) 플라스틱 필름의 표면에, 소량의 염화 제2철을 가한 PVA 용액을 얇게 칠하고, 건조 후에 피롤의 증기와 접촉시키면 압전(壓電) 필름의 표면에 도전성이 투명한 폴리피롤의 얇은 막이 만들어진다.

이와 같이 투명 스피커는, 여러 폴리머의 기능성을 교묘하게 짝지은 상품으로서, 플라스틱 장래의 일단을 보고 있다고 할 수 있을 것이다. 플라스틱의 압전성(壓電性)을 이용한 용도는 센서 등에 많고, 초음파 진단이나 또한 PZT를 POM에 섞은 가속도 센서 등이 소개되어 있다.

이어서 압전(壓電) 현상을 이용하지 않는 플라스틱 스피커의 이야기를 하자. 일본인의 발견에 의한 일렉트레트이다. 이것을 쓰면, 압전(壓電) 효과가 없더라도, 일렉트레트만으로 충분히 스피커가 된다. 음성 전류가 일렉트레트의 옆을 지나가면, 또한 그에 따라 일레트레트가 진동하기 때문이다. 이것을 실용으로 한 것이, 이어폰에 쓰이고 있는 2축 연신 PET 필름이다.

<요구물성>

압전성(壓電性), 필요에 의한 투명성

<플라스틱>

불소계 폴리머[PVDF, P(VDF/TrFE), P(VDF/TeFE)]

시안화 비닐리덴/비닐 아세테이트 공중합체

일렉트레트의 경우 : PET 外