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▲  김참 DGIST 나노융합연구부 책임연구원이 열전소재 연구를 수행하고 있다
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저비용으로 우수한 열전특성과 유연성을 갖추고 있는 '유무기 열전복합물'이 개발됐다. 이는 친환경 기술인 열전기술의 패러다임을 만들어냈다는 평가를 받고 있다. '열전기술'은 열과 전기 사이의 에너지 변환기술로써 버려지는 열을 전기로 변환하는 친환경 기술이다. 

DGIST(대구경북과학기술원, 총장 이건우)는 21일 "나노융합연구부 김참 책임연구원팀이 경북대학교 에너지화학과 김태욱 교수와 공동연구를 통해 열전기술의 문제점인 효율성 및 유연성을 확보하고, 가격경쟁력까지 갖춘 '유무기 열전복합물'을 개발했다"면서 "이 기술은 기존 산업 분야는 물론, 첨단 신산업 분야에까지 다양하게 응용될 것으로 기대한다"고 밝혔다. 

DGIST에 따르면, 열전기술은 일반적으로 '열을 이용한 발전효과'와 '전기를 이용한 냉각효과'를 얻을 수 있으며, 배폐열 회수 발전, 무냉매 냉각장치 등 전통적 산업에서의 응용뿐 아니라, 국부 냉각·가열을 통한 정밀 온도제어시스템 및 지속적 전원 공급을 위한 에너지하베스터 등 첨단 신산업 분야 응용까지 폭넓은 활용성으로 주목받고 있다.

그러나 열전기술의 장점으로 인해 다양한 방식의 벌크형, 박막형 열전소재·소자 연구개발이 진행되고 있지만, 다른 방식의 에너지 변환 기술 대비 소재의 효율성과 유연성이 낮다는 고질적인 문제가 지속적으로 지적되고 있다는 것.
 

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▲ 전도성 고분자(PEDOT:PSS) 및 무기(Bi2Te3) 구성물 간 유무기 열전복합물(Bi2Te3/PEDOT:PSS) 개발 방전플라즈마 소결법을 통한 벌크형 유무기 열전복합물 제조 공정(왼쪽), 전자현미경 분석을 통한 유무기 열전복합물 미세구조 관찰 결과(가운데), 전자의 에너지 크기에 따른 산란 효과(energy filtering effect; 가운데) 및 열기전력 향상(오른쪽)
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이에 나노융합연구부 김참 책임연구원팀은 열전기술 소재의 효율성과 유연성을 극대화하기 위해 기존 무기물계 열전소재와 전도성 고분자를 결합한 '유무기 열전복합물'을 제조했다. 

특히 연구팀은 유기 및 무기 구성물을 합성, 혼합할 수 있는 제조 공정을 고안하여 기술적 난제였던 균일한 상을 생성 및 유지하고, 높은 밀도를 확보하는 방법을 개발하는데 성공했다. 무엇보다 해당 공정으로 제작된 '유무기 열전복합물'은 우수한 열전특성뿐만 아니라, 유연성, 가격 감축 효과 등 열전소재로써 다양한 장점을 가지고 있다고 설명했다.

김참 책임연구원은 "이번 연구를 통해 친환경 에너지 기술인 열전기술의 활용 가치를 극대화할 수 있는 새로운 소재를 개발할 수 있었다"면서 "향후 열전복합물 생산기술 규모 확대 및 성능 안정화를 위한 후속 연구로 기술 상용화를 이뤄내 기존 산업 분야 및 첨단 신산업 분야에까지 다양하게 응용되도록 노력하겠다"고 말했다. 

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부(한국연구재단) 개인기초연구사업, DGIST 융합연구원 중점연구사업의 지원을 통해 수행됐으며, 연구 결과는 <ACS Applied Materials & Interfaces>에 표지(Front Cover Paper)로 게재됐다.
 

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▲  논문 표지(Front Cover). 유무기 열전복합물(Bi2Te3/PEDOT:PSS) 전자현미경 관찰 결과에 기반한 개념도
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