logo

korean english

게시판

Home > 게시판 > 공지사항

“열전 변환 재료(In4Se3) 단결정 성장” 세계 첫 연구 성대 권용성교수·삼성전자 종기원 이상목박사팀 논문 네이처지 게재 여러 산업분야에서 발생하는 열에너지의 대부분은 현재 이용되지 않거나 그대로 폐열로 배출되고 있는 실정이다. 최근 에너지 및 지구환경문제에 대한 관심이 높아짐에 따라 산업분야에서 발생되는 폐열과 자동차의 배기가스의 열에 대한 열전 변환재료분야 연구가 세계적으로 주목받고 있다. 또한 열전 변환 재료분야 연구는 그린에너지 기술로 기대가 되고 있다. 열전 변환재료는 제벡효과(Seebeck effect)와 펠티어효과(Peltier effect)를 이용하여 열에너지와 전기에너지로 상호 변환하는 것이 가능하다. 열에너지를 전기에너지로 바꾸는 것을 발전재료라고 하고, 반대로 전기에너지를 이용하여 냉각시키는 것을 냉각재료라고 한다. 발전재료의 경우 전기를 발생시키는 발전기로 사용이 가능하고, 냉각재료의 경우는 냉매를 사용하지 않는 휴대용 냉장고, 컴퓨터의 중앙처리장치(CPU)의 냉각 등에 사용이 가능하다. 그러나 현재 이용 가능한 열전 변환재료는 비스머스(Bi), 안티몬(Sb), 납(Pb), 테르늄(Te) 등의 중금속이 사용되고 있는데, 지구상에 매장량이 적을 뿐 아니라 독성이 아주 강하고 고온에서 재료의 안정성이 떨어져 팔시계의 발전소자, 휴대용 냉장고 등의 냉각소자에 사용되고 있으며 활용범위가 국한되어 있다. 이런 관점에서 최근에는 매장량이 많으면서도 독성이 없는 열전 변환물질에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 열전 변환재료로 사용하기 위해서는 열전 변환시 효율성을 나타내는 성능계수 ZT가 커야 한다. 현재는 열전 성능계수가 1 정도에 불과, 석유나 원자력에너지에 비해 효율성이 떨어져 실용화에 문제가 되고 있다. 최근 나노기술 등을 접합해 성능계수를 2정도까지 끌어올리고 있지만 실용화에 적절한 소자로 제작하는 것은 거의 불가능해 실제로 효율성이 뛰어난 열전 변환소자로 사용하기는 아직은 먼 이야기 다. 성균관대 권용성교수팀과 삼성전자 종합기술원 이상목박사팀 그리고 포항공대와 미국 러트거스대학 연구팀은 실용화가 가능한 덩어리상태에서 열전 성능계수를 연구하기 위해 두 개의 원소로 구성된 인듐셀레나이드(In4Se3)에 Se의 결함을 인공적으로 만들어준 n형 In4Se3-δ의 단결정을 세계 최초로 성장시켜 열전변환재료 연구를 수행해왔다. 이 열전변환재료의 성능계수 ZT값이 432도에서 1.48로, 지금까지 발견된 덩어리 열전변환재료 중 가장 큰 값을 갖는다는 것을 발견하였다. 이 큰 값이 보이는 원인을 찾기 위해 고분해능 투과전자현미경을 통한 전자회절실험과 이론적인 접근을 위해 제일원리계산을 수행하여 In4Se3-δ의 물질이 전자와 포논(격자진동)과의 강한 상호작용에 의한 전하밀도파 불안정성이 보인다는 것을 발견하였다. 이 전하밀도파 불안정성은 전기적 및 열적 전송에서 큰 이방성을 일으키고 있다. 이 결과로부터 In4Se3-δ의 열전변환 재료가 매우 큰 성능계수 ZT값은 전하밀도파를 보이는 면내에서 높은 Seebeck 계수와 낮은 열전도도의 결과에 의한 것임을 세계 최초로 밝혀냈다. 이 결과는 전하밀도파에 의해 특유의 나노결정화가 유기되는 덩어리 재료에서 높은 효율을 갖는 열전변환재료를 찾는데 새로운 방향을 제시하였다. 이 연구에서 발견된 열전변환 재료 In4Se3-δ는 독성이 없고 고온에서도 비교적 안정적이어서 실용화 가능성이 크다. 또한 In4Se3-δ재료에 대한 성능계수의 최적화 연구는 전자의 도핑법 등으로 현재 진행중에 있어 보다 큰 성능계수를 갖는 물질이 개발될 것으로 기대된다.
번호 제목 날짜 조회 수
913 일반물리학/실험 보고서 표지 2006.03.20 40826
912 University of Illinois at Urbana-Champaign (UIUC)의 John A. Rogers 교수연구실 박사후과정 연구원 초빙공고 2011.07.18 35527
911 2011 글로벌박사 펠로우십 성균관대학교 물리학과 2명 선정 2011.04.06 31681
910 KAIST 나노과학기술대학원 2012 입시설명회 개최 안내 file 2011.07.13 30504
909 [2017/6/21(수)~6/30(금)] 하계방학 석학초청 특별강좌 개설 안내 file 2017.05.11 30478
908 아시안사이언스캠프 참가신청 2011년 8월 7일~13일 KAIST file 2011.06.22 30397
907 2018년 2월 졸업예정자 졸업논문 지도교수 배정 안내 file 2017.02.03 29832
906 POSTECH 물리학과 Summer Research Fellowship & Open lab 안내 file 2011.06.27 29717
905 2011학년도 2학기 종합시험 전자기학 문제은행 file 2011.08.26 29164
904 2011학년도 1학기 일반물리학1 중간고사 고사장 배정표 [2] file 2011.04.14 29020
903 2011년도 대학원생 글로벌인턴십 최종선정 2011.07.05 28770
902 ‘2010 영 펠로’ 박두선 교수 선정 2011.03.18 28740
901 [중고생 과학상상터] 2014 물리하고 씽씽!!! 참가신청 안내 2014.05.02 28655
900 2011학년도 2학기 종합시험 통계역학 문제은행 file 2011.08.26 28177
899 여름 방학 단기 캐나다 어학 연수 안내 file 2011.05.23 28115
898 2011년 2학기 석사과정 외국어시험 대체강좌(토익) 개설 2011.09.02 27688
897 2011학년도 2학기 종합시험 양자역학 문제은행 file 2011.08.30 27630
896 자연과학부 '북리뷰 페스티벌' 개최 2011.04.18 27419
895 2011학년도 8월 졸업예정자(학부) 졸업시험 안내 2011.04.22 27312
894 2011학년도 1학기 일반물리학1 중간고사 코칭테이블 안내 2011.04.19 27186