저렴하고 효율성 큰 열전소재 신기술 개발

표준과학·울산과기硏 공동연구

고성능 열전박막 소재 제조 가능

저렴한 용액공정으로 열 전도율을 크게 높인 주석·셀레나이드 열전소재. /사진=UNIST

열전 잉크와 박막형 열전소재 제작 과정 모식도와 박막 이미지. /사진=UNIST

열에너지를 전기에너지로 바꿔주는 열전소재 신기술이 개발돼 저렴한 용액공정으로도 고성능 열전 박막 소재 제조가 가능해졌다. 열전소재는 지열, 산업 배·폐열, 체열, 태양열 등의 열에너지를 거둬들여 전기에너지로 바꾸는 개념이다.

한국표준과학연구원(KRISS)은 신호선 선임연구원과 울산과학기술원(UNIST) 신소재공학부의 손재성 교수팀이 주석·셀레나이드(SnSe) 결정 구조를 나란히 정렬해 고효율 초박막 열전소재를 만들었다고 20일 밝혔다. 이 연구에는 이원보 서울대 교수, 재료연구소의 강전연 박사, 박노진 금오공대 교수, 장재영 한양대 교수팀도 참여했다.

열전소재 중에서는 주석·셀레나이드가 뛰어나나 종이가 층층이 쌓인 것처럼 다결정 형태를 지녀 결정구조를 제어하기가 쉽지 않다. 자연스레 높은 열전효율을 내기가 어렵다. 원재료에 상당한 고온과 고압을 가해 생산비가 비싸고 원하는 방향으로 결정을 성장시키기 어렵다.

KRISS 신호선 선임연구원이 열전소재를 평가하고 있다. /사진=KRISS

UNIST 조승기 연구원(왼쪽부터), 손재성 교수, 허승회 연구원이 실험실에서 활짝 웃고 있다. /사진=UNIST

이에 따라 연구진은 주석·셀레나이드를 특정한 방향으로 성장시킬 공정을 개발했다. 주석·다이셀레나이드 박막을 먼저 만든 뒤 열처리를 통해 셀레늄 원자를 증발시켜 주석·셀레나이드 박막을 만들었다. 결정구조도 가지런하게 정렬돼 기존보다 전기적 특성이 열 배 이상 우수해졌다.

손 교수는 “신기술은 간편하고 효율적일 뿐 아니라 주석·셀레나이드 결정방향까지 제어할 수 있다”고 설명했다. 신 연구원은 “저렴하게 고성능 열전 박막 소재 제조가 가능해졌고 극 박막 열전소재 측정표준 기술개발에도 도움이 될 것”이라고 말했다. 논문은 네이처커뮤니케이션스에 실렸다. /고광본 선임기자 [e-mail]