차세대 신재생에너지 분야로 각광을 받는 열전 소자 상용화에 걸림돌이던 독립적인 전기와 열 전달 제어 관련 표면 구조의 비밀을 우리나라 연구진이 밝혀냈다. 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단이 추진하는 이공 분야 중점 연구소 지원 사업으로 연세대 이우영 교수 주도로 이뤄졌다. 연구 결과는 재료 과학 분야 권위 있는 학술지 <어드밴스드 머티리얼즈Advanced Materials, IF=10.857> 30호(8월 9일자)에 표지 논문으로 실렸다.
이우영 교수 연구팀은 그동안 이론적으로만 예측하던 '코어쉘 나노선 표면 구조'에 전기와 열 전달을 독립적으로 제어하는 압축 응력법을 이용한 나노선 성장 기술(OFF-ON법)을 자체 개발하고, 이를 실험적으로 증명하는 데 성공했다. 미래 에너지 변환 시스템의 새로운 패러다임인 '열전 소자'는 온도 차에 의해 전기를 생산하는 시스템으로, 온도 차를 유지하기 위해 전기는 잘 흐르게 하면서 열은 흐르지 않게 하는 것이 이 기술의 핵심이다. 일반적으로 전기와 열의 전달은 비례 관계여서, 전기와 열 중 한 가지만 독립적으로 조절하기 쉽지 않다. 그래서 열전 소자의 소형화, 정밀한 온도 제어, 저소음, 저진동, 뛰어난 환경 친화성 등 많은 장점에도 불구하고, 현재까지 응용에 한계가 있었다. 이 연구 결과는 코어쉘 나노선에 전기 전달은 그대로 유지하면서 열 전달을 기존에 비해 25배이상 감소시켜 새로운 열전 재료의 가능성을 제시했다. 이우영 교수는 "나노 단위 물질에서 열전도도를 효과적으로 감소시키는 새로운 구조를 제시했다"면서, " 특히 열전 소자 분야뿐만 아니라 열 제어를 필요로 하는 광전 소자 및 다양한 물리 · 화학 나노 소자 분야에도 응용할 것으로 기대한다"라고 연구 의의를 밝혔다.
코어쉘 구조 나노선 | 중심부를 이루는 물질과 서로 다른 종류의 물질이 겉을 둘러싼 구조의 나노선.
열전 현상(Thermoelectrics) | 열에너지와 전기에너지가 다른 에너지 형태를 거치지 않고 상호 변환되는 현상. 정밀 온도 제어, 저소음, 저진동, 환경 친화성 등으로 말미암아 차세대 에너지원의 한 종류로 많은 연구를 진행했으나 현재까지 낮은 에너지 변환 효율로 응용에 한계가 있었다.
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